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JP4209591B2 - Absorber with improved distribution characteristics under subsaturation - Google Patents
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JP4209591B2 - Absorber with improved distribution characteristics under subsaturation - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の一般分野】
本発明は、使い捨て乳児用おむつ、トレーニングパンツ、成人用尿失禁パッド、女性用衛生用製品などの、そうした製品内に液体を分配させるための性能向上を示す流体分配部材を具備した衛生用吸収体に関する。
【0002】
【背景/先行技術】
使い捨て吸収体及び構造の一般分野では、明確な流体分配特性を示す材料はよく知られている。例えば尿のような水性液を貯蔵するための良好な手段を提供する吸収性ゲル化材料(Absorbent Gelling Materials)又は高吸収性材料即ち高吸収体とも呼ばれるそうした材料は、高度な吸収性材料の導入に伴ってますます重要になってきたが、流体輸送を増強することはなく、最適には及ばない設計及び/又は最適には及ばない材料が使用された場合、及びしばしば「ゲル・ブロッキング」と呼ばれる現象が発生する場合には、液体輸送の低下さえ発生することがある。例えば、高吸収体がセルロース系繊維と均質に混合されている構造では、吸収性コアの有効性を悪化させないためには高吸収性材料の選択に強く左右される一定の臨界的濃度を超えることがあってはならない。
【0003】
その結果、極めて多数の吸収性コア設計は、例えば、液体貯蔵領域若しくは材料だけではなく流体の収集及び/又は分配を増強するための特別な特性を有する領域も具備することによって個別の機能を具備して出現してきた。しばしば、1つの領域が同時に収集及び分配を強化することを目的としていた。
【0004】
最初は、分配材料のための要件はそれほど高くなく、例えばコアにおけるラップシートに使用され、例えば米国特許第3,952,745号(Duncan)に記載されているような標準ティシューペーパー材料が、欧州特許第0 343 941号(Reising)又は米国特許第4,578,068号(Kramer)に記載されているように流体分配を増強するためにも適用された。
【0005】
その後の開発は、流体処理を改良するために特定の坪量、収集時間及び残留湿気を有するサージ管理部分を具備する吸収体を開示している欧州特許第A−0,397,110号(Latimer)によって例証できる;米国特許第4,898,642号(Mooreら)は、特殊撚糸され、化学的に硬化させられたセルロース系繊維及びそれから作られた吸収性構造を開示している;欧州特許第A−0,640,330号(Bewick Sonntagら)は特殊な高吸収性材料を用いた特定配置でのそのような繊維の使用を開示している。
【0006】
さらなるアプローチは、米国特許第3,575,174号または米国特許第4,781,710号のように、セルロース系器材のウイッキング(wicking;毛細管吸上げ)特性を改善することを目的としており、吸い上げ線に沿って、または閉じたメッシュパターンの中でのウイッキング高さを増大するために、該構造体を高密度に圧縮してより小さな孔を形成するものである。
【0007】
これらの材料の一部は望ましくない硬い感触を示すので、柔らかさを向上させるための形成後処理のための方法が周知であった。「形成後処理」とは、(ティシューの製造若しくは形成中に柔らかさを増加させる代わりに若しくはそれに加えて)ティシューを成形及び乾燥させた後、例えば、多くは吸収性コア若しくは製品を成形するためにティシューを他の材料と結合するステップのような他の加工処理の直前に、個別プロセス・ステップにおいてティシューが機械的に処理されるという事実を意味する。そうした処理の例は、米国特許第5,117,540号(Walton)又は米国特許第4,440,597号(Wells)である。
【0008】
分配材料の孔径に大きな影響を与えるその他の試みは、1つの方向に溶融可能な繊維を具備する繊維構造を引伸ばし、さらに加熱硬化によって変形を「凍結」させることによって最大孔径を低下させることを目的とした米国特許第5,244,482号(Hassenboehler)に記載されている。
【0009】
さらに、孔径及び孔径分配を目的に合わせて調整できることを目的とした特殊材料複合体が開発された。そうした改良の例は、米国特許第5,549,589号(Horneyら)又はPCT出願第WO97/38654号(Segerら)に極めて詳細に記載されている。どちらも本質的には、例えば架橋結合セルロース系軟材繊維のような特殊硬化されたセルロース系繊維を使用することによって、さらに大きな孔に例えばユーカリ繊維のような小さく細いセルロース系繊維を充填することによって弾力性構造を提供することを目的としている。どちらの特許出願もさらに又、第1(米国特許第5,549,589号)は熱可塑性繊維を添加してさらに部分的にこれらを融解させることにより、第2(第WO97/38654号)は化学結合剤を添加することによって構造に十分な完全性及び強さを提供するための手段を追加している。
【0010】
欧州特許出願第EP−A−0,810,078号(d’Acchioliら)に開示されているような又別のアプローチは、それによって一定のウイッキング高さでより高い液体流出比によって説明されるような改良流体処理特性を与える、ウェブの特殊成形後機械的処理を使用している。
【0011】
吸収体の機能性を改良することを願って、多孔性材料がさらに詳細に研究されるように、分配材料のためのより特殊な要件が発現してきた。長手方向の流体分配を改良するためには、例えば米国法定発明登録(US Statuary Invention Registration)H1511に記載されているように高表面積合成繊維が吸収性構造に適用された。別のクラスの材料は、スポンテックス(Spontex)SA(フランス)によって市販で入手可能であるようなセルロース系フォームのような発泡性構造である。
【0012】
吸収体に使用されるための他のポリマー・フォームは米国特許第5,268,224号(DesMarais)に開示された、つまり高内相ポリマー材料であるが、これらは液体を貯蔵するために使用でき、さらに同時に材料全体に貯蔵液体を広がらせることによって局所的飽和を回避する能力を有する。
【0013】
しかし、これらの研究は全てこれまでのところ流量、ウイッキング高さ及びウイッキング時間のような分配材料のウイッキング特性を改良することを目的としていたが、吸収体において例えば複数回の負荷の間で重要であるような、特にそうした材料が完全には飽和していないときの液体貯蔵材料による分配材料の脱水機構の重要性を認識できていなかった。
【0014】
【発明の目的】
従って、本発明の1つの目的は、特に低飽和状態下において、分配部材の改善された脱水機能を有する改良された吸収体を提供することである。
【0015】
本発明のもう1つの目的は、低若しくは中飽和度に飽和されている場合でも、吸収体全体に液体を輸送することのできる材料を具備した改良された吸収体を提供することである。
【0016】
本発明のさらにもう1つの目的は、さらに良好な毛管吸着吸収性能を有する液体貯蔵材料を具備したこのような製品を提供することである。
【0017】
【概要】
本発明は流体分配部材を含有する吸収体であって、該流体分配部材は亜飽和状態でさえ相当に高い浸透率を有し、さらに、この製品におけるこの分配部材と液体連絡している流体貯蔵部材の0cmにおけるその容量の50%において低い毛管吸着吸収高さ(Capillary Sorption Absorption Height)を有するが、これは該流体貯蔵部材の0cmにおけるその容量の50%での毛管吸着脱離高さ(Capillary Sorption Desorption Height)よりも高い。
【0018】
従って、分配部材はその飽和の50%において浸透率を有し、これは100%飽和での浸透率の少なくとも約14%以上、好ましくは18%以上、さらにより好ましくは25%以上若しくは35%以上である。
【0019】
従って、第1流体貯蔵部材は約15cm以上、好ましくは約23cm以上、さらにより好ましくは約27cm以上、又はより好ましくは約30cm以上、及び最も好ましくは約47cm以上のCSAHを有する。
【0020】
又別の好ましい実施形態では、吸収体は流体分配部材を具備し、該分配部材はその飽和の30%での浸透率、即ちk(30)を有し、これはk(100)の約3%以上、好ましくは約5%以上、より好ましくはk(100)の約10%以上である。
【0021】
又別の好ましい実施形態では、流体分配部材は約150cm未満、より好ましくは約100cm未満、さらにより好ましくは約75cm未満、最も好ましくは約50cm未満のCSDH50値を有する。
【0022】
1つの特に好ましい実施形態では、流体分配部材は、湿潤すると膨張でき、そして液体を放出すると再び崩壊することのできる開放セル状フォームを具備しており、該分配部材は、いっそう好ましくはHIPEタイプである相互連絡している開放セルの親水性かつ柔軟性のポリマー・フォーム構造を具備している。
【0023】
さらに別の実施形態では、吸収体は少なくとも2つの液体貯蔵領域を有し、両方の液体貯蔵領域は流体分配部材と液体連絡しているが、このとき好ましくは前記液体貯蔵領域の少なくとも1つは、少なくとも約40cmのその最大容量の50%での毛管吸着吸収高さ(CSAH50)を示す材料を具備している。
【0024】
本発明のさらに別の実施形態では、そうした分配部材を有する吸収体は1つの股領域と1以上の胴部領域によって記述できるが、前記股領域は前記1以上の胴部領域を合わせたものよりも低い最終液体貯蔵容量を有し、これは吸収性コアの平均最終流体貯蔵基礎容量の0.9倍未満、より好ましくは吸収性コアの平均最終流体貯蔵基礎容量の0.5倍未満、さらにより好ましくは吸収性コアの平均最終流体貯蔵基礎容量の0.3倍未満を有することによって記述できる。
【0025】
さらに別の実施形態では、吸収体は総コア最終液体貯蔵容量の49%未満、好ましくは総コア最終液体貯蔵容量の41%未満、さらにより好ましくは総コア最終液体貯蔵容量の23%未満の区分最終液体貯蔵容量を有する股領域を有する。
【0026】
本発明のさらに又別の実施形態では、吸収体は吸収性コアの総最終貯蔵容量の少なくとも80%、好ましくは吸収性コアの総最終貯蔵容量の90%以上を提供する最終液体貯蔵材料を有する。
【0027】
本発明のさらに又別の実施形態では、吸収体は股領域において極めて小さい吸収容量を有するが、好ましくは股領域の少なくとも50%は本質的に最終貯蔵容量を含んでいない。
【0028】
さらに、吸収体は前記最終貯蔵容量の50%未満を、製品の前半分における股ゾーンから前方へ配置することができ、さらに前記最終貯蔵容量の50%以上を製品の後半分に配置することができる。さらにいっそう好ましくは、吸収体は前記最終貯蔵容量の33%未満を製品の前半分における股ゾーンから前方へ配置することができ、さらに前記最終貯蔵容量の67%以上を製品の後半分に配置することができる。
【0029】
【詳細な説明】
ここで使用する「流体処理部材」の用語は、典型的には少なくとも液体処理機能性を提供する吸収体のコンポーネントに関する。吸収体は、例えば1つ以上の液体収集部材、1つ以上の流体分配部材及び/又は1つ以上の流体貯蔵部材のような1つ以上の種々の流体処理部材を具備することができる。これらの部材各々は同質であっても同質でなくてもよい1種以上の副要素を具備することができる。即ち、各部材は1つの材料もしくは数種の材料から作ることができる。例えば、このような部材は任意に副層から構成され、及び/又は任意に相違する組成、若しくは密度、若しくは厚さを有する層であってよい。
【0030】
これら部材の各々は、例えば主として収集機能を提供し、又は主として液体貯蔵機能を提供する特殊機能を有することができる。或いは又、当該部材は、例えばセルロースの毛羽が同時に収集、分配及び最終貯蔵機能性を実行した正に初期の「セルロースだけ」のおむつのように、複数の機能を有することもできる。
【0031】
「貯蔵吸収部材」は、主として吸収された液体を最終的に貯蔵するように機能する吸収性コアの吸収性部材に関する。
【0032】
本発明の意味における「流体分配部材」は、その部材がさらに他の液体処理機能をも有するかどうかとは無関係に、流体分配機能性について説明される要件を満たす部材である。
【0033】
「液体収集部材」は、液体が吸収体に到達するとそれを収容するように主として設計されている部分又は吸収性コアを意味する。
【0034】
ここで使用する「吸収性コア」の用語は、製品の液体処理の主として中心的役割を果たす吸収体部材を意味し、従って「流体処理部材」を含む。一定の場合、トップシートは例えば特定の液体収集性能を提供すると見なすことができるが、吸収性コアは、それ自体では典型的には吸収体のトップシート若しくはバックシートを含まない。
【0035】
吸収性コアはコアの「領域」に分けることができるが、そうした「領域」は上記で略述した1つ以上の部材の機能性を実行することができる。従って、収集領域は収集部材を具備することができ(及び他の部材も具備することができ)、収集材料から構成できる収集部材(及びそれのみ)から構成することができる。又は、収集/分配領域は収集部材及び分配部材の両方を具備することもできる。
【0036】
ここで使用する「吸収体」の用語は、身体排泄物を吸収及び含有する用具に関するが、さらに詳細には、身体から排出された様々な排泄物を吸収及び含有するために装着者の身体に接触させ若しくは近傍に配置される用具に関する。ここで使用する用語「体液」には尿、月経、膣分泌物、汗及び大便が含まれるがそれらに限定されない。
【0037】
用語「使い捨て」は、吸収体として洗濯する又はさもなければ復元若しくは再使用することが意図されていない(即ち、使用後に廃棄する、及び好ましくはリサイクルする、堆肥にする又はさもなければ環境に適合する方法で廃棄することが意図されている)吸収体を記述するために使用する。
【0038】
ここで使用する「Z寸法」の用語は、部材、コア若しくは製品の長さ及び幅に対して直交する寸法に関する。Z寸法は、通常は部材、コア若しくは製品の厚さに対応する。ここで使用するように、用語「X−Y寸法」は部材、コア若しくは製品の厚さに直交する平面に関する。X−Y寸法は通常は部材、コア若しくは製品の各々長さ及び幅に対応する。
【0039】
ここで使用する「領域」又は「ゾーン」の用語は、吸収性部材の部分若しくは区間に関する。それによって、領域若しくはゾーンは二次元(前/後)であることも、又は三次元(たとえそれが層の形状であっても三次元伸展を有する収集領域のように)であることもある。
【0040】
ここで使用する「層」の用語は、その主要寸法がX−Yである吸収性部材、即ち、その長さ及び幅に沿った主要寸法を有する吸収性部材に関する。「層」の用語は、必ずしも単一層若しくは材料シートに限定されないと理解されなければならない。このように層は必要なタイプの材料の数枚のシート若しくはウェブの積層体若しくは組合せを具備することができる。従って、「層」の用語には、用語「(複数の)層」及び「層状」が含まれる。
【0041】
本発明のために、「上方」の用語は、例えば吸収体の装着者に最も近くにあり、さらに典型的には吸収体のトップシートに面する層のような吸収体に関すると理解するべきである;これとは逆に、「下方」の用語は、吸収体の装着者から最も遠くに離れており、典型的にはバックシートに面する吸収性部材に関する。
【0042】
ここで使用するすべてのパーセンテージ、割合及び比率は、他に特別に指示していない限り重量によって計算される。
【0043】
<吸収体−一般的説明>
吸収体は一般に次のものを具備する:
−吸収性コア若しくはコア構造(本発明に従う改良流体分配部材を具備し、さらに下部構造から構成される場合がある);
−液体浸透性トップシート;
−液体不浸透性バックシート:
−任意に、閉鎖素子類若しくは弾力化のようなさらなる特徴。
【0044】
図9は、おむつである本発明の吸収体の典型的実施形態の平面図である。
【0045】
おむつ20は、図9において、おむつ20の構造をより明白に示すために構造の一部を切り欠き、且つ装着者に面していない外面52が図を見る人にするように、平らに広げられた非収縮状態で(即ち、弛緩状態で弾性が残されているサイドパネルを除いて弾性誘発性収縮が引き伸ばされて)示されている。図9に示されているように、おむつ20は、好ましくは液体浸透性トップシート24、トップシート24と結合されている液体不浸透性バックシート26、及びトップシート24とバックシート26との間に配置された吸収性コア28;弾力化サイドパネル30;弾力化レッグカフ32;弾性胴部特徴34;及び概して複合的に36と指定されている二重引張留付システムを具備する閉鎖システムを具備する封じ込めアセンブリ22を具備する。二重引張留付システム36は、好ましくは一次留付システム38及び胴部閉鎖システム40を具備する。一次留付システム38は、好ましくは1対の固定部材42とランディング部材44とを具備する。胴部閉鎖システム40は、好ましくは1対の第1取付コンポーネント46及び第2取付コンポーネント48を具備することが図9に示されている。おむつ20はさらに又、好ましくは各第1取付コンポーネント46の下方に配置された位置合わせパッチ50を具備する。
【0046】
おむつ20は、図9に示すように、外面52(図9を見る人に面している)、外面52の反対側の内面54、第1胴部領域56、第1胴部領域56に向い合っている第2胴部領域58、及びおむつ20の外縁によって規定される外周60を有し、ここでは長手方向縁が62で指定され、端縁が64で指定されている。おむつ20の内面54は、使用中に装着者の身体に隣接して配置されるおむつ20の部分を具備する(即ち、内面54は概して少なくともトップシート24の1部分とトップシート24に結合された他のコンポーネントとから形成される)。外面52は、装着者の身体から離して配置されるおむつ20の部分を具備する(即ち、内面52は概して少なくともバックシート26の1部分とバックシート26に結合された他のコンポーネントとから形成される)。第1胴部領域56と第2胴部領域58は各々外周60の端縁64からおむつ20の横断方向中心線66にまで伸びている。胴部領域は各々、中心領域68と典型的には胴部領域の外側部分を具備する1対のサイドパネルとを具備する。第1胴部領域56に配置されたサイドパネルは70で指定されているが、第2胴部領域58におけるサイドパネルは72で指定されている。1対のサイドパネル又は各サイドパネルが同一である必要はないが、それらは好ましくは他方の鏡像体である。第2胴部領域58に配置されたサイドパネル72は横断方向へ伸縮性に伸張可能であってよい(即ち弾力化サイドパネル30)。(横断方向(X方向若しくは幅)はおむつ20の横断方向中心線66に平行な方向として規定されている;長手方向(Y方向若しくは長さ)は長手方向中心線67に平行な方向として定義されている;及び軸方向(Z方向若しくは厚さ)はおむつ20の厚さを通って伸びている方向として規定されている。
【0047】
図9は、トップシート24及びバックシート26が吸収性コア28のトップシート及びバックシートより概して大きい、長さ及び幅の寸法を有するおむつ20の使用を示している。トップシート24及びバックシート26は、それによっておむつ20の外周60を形成するために吸収性コア28の縁を越えて伸びている。外周60は、外側周囲、又は言い換えるとおむつ20の縁を規定している。外周60は長手方向縁62及び端縁64とを具備する。
【0048】
各弾力化レッグカフ32は、上記のレッグバンド、サイドフラップ、バリヤーカフ若しくは弾力性カフのいずれかに類似するように構成されてよいが、各弾力化レッグカフ32は、例えば上記で引用した米国特許第4,909,803号に記載されているようなバリヤーフラップ85及びスペーシング弾力性部材86を具備する少なくともインナーバリヤーカフ84を具備していることが好ましい。ある好ましい実施形態では、弾力化レッグカフ32は、さらに、例えば上記で引用した米国特許第4,695,278号に記載されているようなバリヤーカフ84の外側寄りに配置された1以上の弾性ストランド105を伴う弾性ガスケトカフ104を具備する。
【0049】
さらに、おむつ20は、改良された適応及び封じ込めを提供する弾性胴部特徴34を具備してもよい。弾性胴部特徴34は、少なくとも中心領域68における吸収性コア28の胴部縁83の少なくとも1つから少なくとも長手方向に外側に向かって伸長し、概しておむつ20の端縁64の少なくとも1部分を形成する。従って弾性胴部特徴34は、少なくとも吸収性コア28の胴部縁83からおむつ20の端縁64へ伸びるおむつ部分を具備し、装着者の胴部に隣接して配置することが意図されている。使い捨ておむつは概して、1つは第1胴部領域に配置され、もう1つは第2胴部領域に配置される2つの弾性胴部機能を有するように構成される。
【0050】
弾性腰部特徴34の弾力化ウエストバンド35は、トップシート24の1部分、好ましくは機械的に伸展させられているバックシート26の1部分並びにトップシート24とバックシート26との間に配置されたエラストマー部材76及びバックシート26とエラストマー部材76との間に配置された弾力性部材77を具備する二重ラミネート材料を具備することができる。
【0051】
おむつの該コンポーネント並びにその他のコンポーネントは、参照してここに組み込まれる第WO93/16669号にさらに詳細に記載されている。
【0052】
<吸収性コア>
吸収性コアは概して圧縮性で心地よく、装着者の皮膚に非刺激性でなければならず、さらに尿及びその他の一定の身体排泄物のような液体を吸収及び保持することができなければならない。図9に示されているように、吸収性コアは衣服面(「下方」若しくは「下側」部分)、身体面、サイド縁、及び胴側縁を有する。吸収性コアは、本発明に従った流体分配部材に加えて、例えば一般にエアフェルトと呼ばれている粉砕木材パルプ;コフォームを含むメルトブロウン・ポリマー;化学的に硬化、変性若しくは架橋結合させられたセルロース系繊維;ティシュー・ラップ及びティシュー・ラミネートを含むティシュー・ペーパーを含むがそれらに限定されない使い捨ておむつ及びその他の吸収体に一般に使用されている広く様々な液体吸収性若しくは液体処理材料を具備することができる。
【0053】
吸収性構造の一般例は、1986年9月9日にWeismanらに発行された「高密度吸収性構造(High-Density Absorbent Structures)」と題する米国特許第4,610,678号;1987年6月16日にWeismanらに発行された「二重層状コアを具備した吸収体(Abosrbent Articles With Dual-Layered Cores)」と題する米国特許第4,673,402号;1989年12月19日にAngstadtに発行された「ダスチング層を有する吸収性コア(Absorbent Core Having A Dusting Layer)」と題する米国特許第4,888,231号;Bewick−Sonntagらの欧州特許第A−0 640 330号;米国特許第5,180,622号(Bergら);米国特許第5,102,597号(Roeら);米国特許第5,387,207号(LaVon)に記載されている。そうした構造及び類似構造は吸収性コア28として使用するために下記に略述する要件に適合するように適応させることができる。
【0054】
吸収性コアは単一コア構造であってもよいが、又は順に1つ以上の下部構造から構成することのできる幾つかの吸収性構造の組合せであってもよい。構造若しくは下部構造の各々は実質的に二次元伸長部(即ち層)又は三次元形状を有することができる。
【0055】
<吸収体の領域>
一般に、吸収性衛生用製品は胴体の下端の周囲に装着されることが意図されている。これらの製品の本質的設計特徴は、各身体開口部の周囲に伸展した、排出物が発生する身体領域(「排出領域」)を被覆することである。排出領域を被覆する吸収体の各ゾーンは対応して「負荷ゾーン」と呼ばれている。従って、使用中には製品は装着者の前後の両方においてそれらが足の間の股から上方へ(装着者の立った姿勢に対して)伸展するように一般に装着者上に配置される。
【0056】
一般に、そうした製品はそれらの幅寸法を超える長さ寸法を有しており、それによって製品は装着者が立っているときに長さ寸法の軸が装着者の身長方向と整列しており、他方製品の幅寸法が装着者の左から右へ伸びている線と整列しているように装着される。
【0057】
ヒト装着者の解剖学的構造のために、装着者の脚の間の間隙は、一般にこの領域において製品のために利用できる間隙を限定する。良好に適合するためには、吸収体はそれが又領域にきちっと適合するように設計されなければならない。製品の幅が装着者の股幅と比較して過度に広い場合は、製品は変形する可能性があり、これは性能の悪化及び装着者の心地よさの低下を生じさせる場合がある。
【0058】
装着者の脚の間で最高に適合するように製品が最小の幅を有しているポイントは、足の間の間隔が最も狭い装着者上のポイントと一致し、さらに本発明の範囲のための「股ポイント」と呼ばれている。
【0059】
製品の股ポイントがその形状からは明白ではない場合は、予定使用者群の装着者(例、よちよち歩きの子供)上に、好ましくは立った姿勢で製品を配置し、その後8の字形の形状で脚の周囲に伸張性のフィラメントを置くことで測定することができる。フィラメントの交差点に対応する製品の点が製品及びその結果としてこの製品内に固定されている吸収性コアの股ポイントであると見なされる。
【0060】
この製品の股ポイントは製品の中央(長手方向における)にあることが多いが、これは必ずしも事実であるとは限らない。装着することが予定される製品の前方にある部分がその長さ寸法、又は幅、若しくはその両方、又は表面積のいずれかにおいて後部(背部)より小さいことは確実によくあり得る。同様に、特に吸収性コアが製品内で長手方向の中心に置かれない場合には、股ポイントは吸収性コアの中央に配置される必要はない。
【0061】
股領域は、それぞれ排出領域である各身体開口部を被覆するように股ポイントを取り囲む領域である。他に特別に言及されない限り、この領域はコア全長(これは、長手方向中心線に垂直な直線に近似するコアの前後胴部縁間の距離として定義される)の50%の長さに渡って伸びている。股ポイントが製品の中央に配置されるときには、股領域は(コア前縁から計算に入れた場合)コア全長の25%で始まり、コア全長の75%まで伸展する。或いは、吸収性コアの長さの前及び後4分の1は股領域には属さず、その残りが股領域に属する。
【0062】
吸収性コア全長の50%である股領域長は乳児用おむつのために導き出されたものであるが、この場合には、これが流体処理現象を説明するための適切な手段であることが確証されている。本発明が著しく異なった寸法を有する製品に適用される場合は、これら50%を低下させ(重度尿失禁用製品の場合のように)又はこの比率を上昇させる(超軽度若しくは軽度尿失禁用製品の場合のように)ことが必要になるかもしれない。大まかに言えば、この製品のこの股領域は装着者の排出領域を大きく越えて広げるべきではない。
【0063】
股ポイントが製品の中央点から片寄って配置される場合でも、股領域は製品全長(長手方向において)の50%を被覆する。しかし、こと場合は前と後の間で均一には配分されず、この片寄りに比例して調節される。
【0064】
500mmのコア全長を有し、さらに中央に配置された股ポイントを有する製品の例として、股領域は前縁から125mm離れた位置から前縁から375mm離れた位置まで伸長するであろう。又は、股ポイントがコア前縁に向かって50mm片寄っている場合は、(即ちコア前縁から200mm離れている)、股領域は100mmから350mmへ伸長する。
【0065】
大まかに言えば、Lcのコア全長、コア前縁から距離Lcp離れている股ポイント、及びLczの股ゾーン長を有する製品については、前記股ゾーンの前縁は下記の距離で配置されるであろう:
fecz=Lcp *(1−Lcz/Lc
例えば、吸収体は、市販されている製品のサイズが一般にMAXIサイズと呼ばれるよちよち歩きの子供(即ち、体重が約12〜18kgの乳児)が装着するための乳児用おむつであり得る。その場合、製品は大便と尿の両方を収容及び保持することができなければならないのに対して、本発明の関連において、股領域は主として尿負荷を収容することができなければならない。
【0066】
股領域の総面積及びサイズは、当然ながら吸収性コアの各幅に依存する。即ち、股領域においてコアが股領域の外側より狭い場合は、股領域は吸収性コアの残りの面積より小さい面積(表面積)を有する。
【0067】
股領域と製品の残りとの境界が曲線形であることも予期できるが、それらは本発明の説明内では製品の縦軸に垂直な直線であると見積もられる。
【0068】
「股領域」はさらに又この各領域におけるコアの幅によって限定され、さらに「股領域面積」は股領域長及び各幅によって定義されるような表面積によって限定される。
【0069】
股領域にとっての相補的要素として、吸収性コアはさらに又少なくとも1つの、しかし多くとも2つの、股領域の外側の吸収性コアの前及び/又は後に向かって伸びている胴部領域を具備する。
【0070】
<設計容量及び最終貯蔵容量>
様々な最終使用条件、又は様々なサイズの製品について吸収体を比較できるために、「設計容量」が適切な手段であることが発見されている。
【0071】
例えば、乳児は典型的な使用群を表しているが、この群内でさえ尿負荷の量、負荷の発生頻度、尿の組成は一方では小さな乳児(新生児)からよちよち歩きの子供で、さらに他方では例えば様々な個々の乳児間で極めて広範囲に相違するであろう。
【0072】
別の使用者群は、まだ一定の形の尿失禁に困っている年かさの幼児である可能性がある。
【0073】
また、さらに一般に軽度の尿失禁と呼ばれるものから重度の尿失禁の範囲まで、広範囲の負荷条件下において、尿失禁の成人はそういった製品を使用することができる。
【0074】
当業者であればより詳細に考察するためにこの教示を容易に他のサイズに移すことができるであろうが、ここでは焦点をよちよち歩きの子供サイズに置く。そうした使用者については、排尿1回当たり75mlまでの尿負荷、1回の装着期間当たり平均4回の排尿とした場合の結果としての300mlの総負荷量及び15ml/secの排尿速度が十分に代表的なものであることが発見されている。
【0075】
そこから、そうした要件に対処することのできるそうした製品はそうした量の尿を収容する能力を有していなければならず、これはより詳細な考察において「設計容量」と呼ばれる。
【0076】
これらの流体量は、もしあれば装着者の皮膚に向いた製品の表面上にほとんど液体が残らないように、最終的に体液、又は少なくともこれらの水性部分を貯蔵できる材料によって吸収されなければならない。用語「最終」は、ある場合は装着時間が長い吸収体におけるような状況に関するが、他の場合にはそれらの環境と平衡化されたときにそれらの「最終」容量に達する吸収性材料に関する。これは、長い装着時間後の現実使用中条件下にあるそうした吸収体においてあり得る、又は純粋材料若しくは材料複合体のための試験方法においてもあり得る。考察中のプロセスの多くは漸近的動的行動を有するので、当業者であれば例えば装置測定精度に比較して実際収容能が漸近的最終点に十分に近い値に到達したときに「最終」容量に到達したと考察するであろう。
【0077】
吸収体は主として最終的に流体を貯蔵するために設計された材料、及び主として例えば流体の収集及び/又は分配のようなその他の機能を満たすために設計されたその他の材料を具備することができるので、さらになお一定の最終貯蔵容量を有することもできるので、本発明に従った適切なコア材料は人為的にそうした機能を分離することを試みずに記載される。それでも、最終貯蔵容量は全吸収性コア、その領域、吸収性構造、又は下部構造についてさえ、さらに又上記のいずれかで使用される材料についても測定することができる。
【0078】
上記において製品の寸法を変化させることについて考察したように、当業者であれば他に予定される使用者群のために適切な設計容量を容易に適応させることができるであろう。
【0079】
<吸収性コアで使用される材料>
本発明のための吸収性コアは繊維性ウェブ若しくは繊維性マトリックスを形成するための繊維性材料を具備することができる。
【0080】
本発明で有用な繊維は、天然に発生する繊維(変性若しくは非変性)、並びに合成により製造された繊維であるものを含む。適切な非変性/変性天然発生繊維には、綿、エスパルト、バガス、粗毛、亜麻、絹、羊毛、木材パルプ、化学的に変性された木材パルプ、ジュート、レーヨン、エチルセルロース、及び酢酸セルロースが含まれる。適切な合成繊維は、ポリ塩化ビニル、ポリフッ化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリ塩化ビニリデン、ORLON(登録商標)のようなポリアクリル類、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸エチルビニル、不溶性若しくは可溶性ポリビニルアルコール、ポリエチレン(例、PULPEX(登録商標))及びポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ナイロンのようなポリアミド類、DACRON(登録商標)若しくはKODEL(登録商標)のようなポリエステル類、ポリウレタン類、ポリスチレン類その他から製造することができる。使用される繊維は、単独で天然発生繊維、単独で合成繊維、又は天然発生繊維及び合成繊維の何らかの適合する組合せを具備することができる。本発明で使用される繊維は親水性であってよいが、又は親水性及び疎水性繊維両方の組合せであってもよい。
【0081】
本発明に従った数多くの吸収性コア若しくはコア構造のためには、親水性繊維の使用が好ましい。本発明で使用するために適切な親水性繊維には、セルロース系繊維、変性セルロース系繊維、レーヨン、ポリエチレンテレフタレート(例、DACRON(登録商標))のようなポリエステル繊維、親水性ナイロン(HYDROFIL(登録商標))などが含まれる。適切な親水性繊維はさらに又、ポリエチレン若しくはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリアクリル類、ポリアミド類、ポリスチレン類、ポリウレタン類その他から引き出される例えば界面活性剤処理若しくはシリカ処理熱可塑性繊維のように疎水性繊維を親水性化することによって入手することもできる。
【0082】
適切な木材パルプ繊維は、例えばクラフト及び亜硫酸塩プロセスを含むがそれらに限定されない数多くの周知の化学プロセスから入手することができる。その他の適切なタイプの繊維は化学的に硬化させたセルロースである。ここで使用する用語「化学的に硬化させたセルロース系繊維」は、乾燥条件及び水性条件両方の下で繊維の剛性を増加させるために化学的手段によって硬化させられているセルロース系繊維を意味する。そうした手段には、例えば繊維を被覆する及び/又は含浸させる化学硬化剤の添加を含むことができる。そうした手段はさらに又、例えばポリマー鎖を架橋結合させるステップにより、化学構造を変化させることによって繊維を硬化させるステップも含むことができる。
【0083】
セルロース系繊維を被覆する若しくは含浸させることのできるポリマー硬化剤は下記を含む:ナショナル スターチ アンド ケミカル社(National Starch and Chemical Corp.)(ブリッジウォーター、ニュージャージー州、米国)から入手可能であるような窒素含有基(例、アミノ基)を有するカチオン変性デンプン類;ラテックス類;1971年1月19日に発行された米国特許第3,556,932号(Cosciaら)に記載のポリアクリルアミド樹脂であるポリアミドエピクロロヒドリン樹脂(例、Kymene(登録商標)557H、ヘラクレス社(Hercules,Inc.)製(ウィルミントン、デラウェア州、米国))のような湿潤強さ樹脂;Parez(登録商標)631NCの商標でアメリカン シアナミド社(American Cyanamid Co.)(スタンフォード、コネティカット州、米国)によって販売されている市販で入手可能なポリアクリルアミド類;ウレアホルムアルデヒド及びメラミンホルムアルデヒド樹脂類、及びポリエチレンイミン樹脂類。
【0084】
これらの繊維はさらに化学反応によって硬化させることもできる。例えば、適用に引続いて化学的に繊維間架橋結合が惹起される繊維に架橋結合剤を適用することができる。これらの架橋結合は繊維の剛性を増加させることができる。繊維を化学的に硬化させるためには繊維間架橋結合の利用が好ましいが、これは繊維を化学的に硬化させるための他のタイプの反応を除外することを意味してはいない。
【0085】
個別化された形で架橋結合により硬化させられた繊維(即ち、個別化された硬化繊維並びにそれらを準備するためのプロセス)は、例えば1965年12月21日に発行された米国特許第3,224,926号(Bernardin);1969年4月22日に発行された米国特許第3,440,135号(Chung);1976年1月13日に発行された米国特許第3,932,209号(Chatterjee);および1989年12月19日に発行された米国特許第4,035,147号(Sangenisら);1990年2月6日に発行された米国特許第4,898,642d(Mooreら);及び1992年8月11日に発行された米国特許第5,137,537号(Herronら)に開示されている。
【0086】
現在好ましい硬化繊維においては、化学プロセスは架橋結合剤を用いた繊維間架橋結合を含むが、そうした繊維は相当に脱水され、繊維が離解され(即ち個別化され)、ねじれてカールした状態にある。適切な化学硬化剤は、典型的にはクエン酸のような特にC2−C9ポリカルボン酸を含むモノマー架橋結合剤である。好ましくは、そうした硬化繊維は米国特許第4,898,642号により詳細に記載されているようにねじれてカールしている。
【0087】
これらの化学的に硬化させたセルロース系繊維は、硬化されていないセルロース系繊維と比較して、本発明に従った一定の吸収性構造においてそれらを特に有用にする一定の特性を有する。親水性であることに加えて、これらの硬化繊維は独創的な剛性と柔軟性の組合せを有する。
【0088】
さらに加えて、或いは又、繊維を広汎に損傷させない温度で融解させることのできるいずれかの熱可塑性ポリマーから作られるような合成若しくは熱可塑製繊維を吸収性構造に具備することができる。好ましくは、この熱可塑性材料の融点は約190℃未満及び好ましくは約75℃と約175℃との間であろう。いずれにしても、この熱可塑性材料の融点は、加熱結合された吸収性構造が吸収体に使用された場合に貯蔵されると思われる温度より決して低くてはいけない。熱可塑性材料の融点は、典型的には約50℃より低くはない。
【0089】
熱可塑性材料、及び特に熱可塑性繊維は、ポリエチレン(例、PULPEX(登録商標))及びポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリエステル類、コポリエステル類、ポリ酢酸ビニル、ポリアミド類、コポリアミド類、ポリスチレン類、ポリウレタン類及び例えば塩化ビニル/酢酸ビニルのような上記のいずれかの共重合体類その他を含む様々な熱可塑性ポリマー類から作ることができる。適切な熱可塑性材料には、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリアクリル類、ポリアミド類、ポリスチレン類、ポリウレタン類その他から引き出された界面活性剤処理若しくはシリカ処理熱可塑性繊維のように親水性にされている疎水性繊維が含まれる。疎水性熱可塑性繊維の表面は、例えば界面活性剤を繊維に噴霧すること、繊維を界面活性剤に浸漬させること又は熱可塑性繊維を製造するときに融解されるポリマーの一部として界面活性剤を含めることによって、非イオン性若しくはアニオン系界面活性剤のような界面活性剤を用いた処理により親水性にすることができる。融解及び再凝固すると、界面活性剤は熱可塑性繊維の表面にとどまる傾向を示すであろう。適切な界面活性剤には、デラウェア州ウィルミントンのICI アメリカズ社(ICI Americas,Inc.)によって製造されたBrij(登録商標)のような非イオン性界面活性剤及びPegosperse(登録商標)の商標でコネティカット州グリニッチのGlyco Chemical,Inc.によって販売されている様々な界面活性剤類が含まれる。非イオン性界面活性剤の他に、アニオン系界面活性剤も又使用できる。これらの界面活性剤は、例えば熱可塑性繊維1立方センチメートル当たり約0.2〜約1gのレベルで熱可塑性繊維に適用することができる。
【0090】
適切な熱可塑性繊維は単一ポリマーから作る(一成分繊維)ことができる、又は1以上のポリマーから作る(例、二成分繊維)ことができる。例えば、「二成分繊維」は相違するポリマーから作られた熱可塑性シース内に入れられている1種のポリマーから作られたコア繊維を具備する熱可塑性繊維を言うことがある。シースを具備するポリマーはしばしば、コアを具備するポリマーとは相違する、典型的にはより低い温度で融解する。その結果として、これらの二成分繊維はシースポリマーの融解を原因とする熱結合を提供するが、他方ではコアポリマーの望ましい強さ特徴を保持する。
【0091】
本発明で使用するために適切な二成分繊維は、次のポリマー組合せを有するシース/コア線維を含むことができる:ポリエチレン/ポリプロピレン、ポリ酢酸エチルビニル/ポリプロピレン、ポリエチレン/ポリエステル、ポリプロピレン/ポリエステル、コポリエステル/ポリエステルなど。ここで使用するために特に適切な二成分熱可塑性繊維は、ポリプロピレン若しくはポリエステル製コアと、より低温で融解するコポリエステル、ポリ酢酸エチルビニル若しくはポリエチレン製シースを有するものである(例、DANAKLON(登録商標)、CELBOND(登録商標)又はCHISSO(登録商標)二成分繊維)。これらの二成分繊維は同心性であっても偏心性であってもよい。ここで使用するように、用語「同心性」及び「偏心性」は、シースが二成分繊維の断面を通して一様である若しくは一様でない厚さを有するかどうかに関する。偏心性二成分繊維は、繊維の厚さが小さい場合により高い圧縮強さを提供するときに望ましいことがある。ここで使用するために適切な二成分繊維はどちらかをけん縮(即ち、曲げる)することができる。二成分繊維は、典型的には例えば主として二次元の若しくは「フラットな」けん縮を達成するためのスタッファー ボーイ(stuffer boy)法又はギア・クリンプ法のような典型的な織物手段によってけん縮させることができる。
【0092】
熱可塑性繊維の場合は、それらの長さは特定融点及びこれらの繊維にとって望ましい他の特性に依存して変動することがある。典型的には、これらの熱可塑性繊維は約0.3〜約7.5cm、好ましくは約0.4〜約3.0cmの長さを有する。また、融点を含むこれらの熱可塑性繊維の特性は繊維の径(キャリパー)を変化させることによって調整することができる。これらの熱可塑性繊維の径は、典型的にはデニール(9,000メートル当たりのグラム数)又はデシテックス(10,000メートルdtex当たりのグラム数)のいずれかによって定義される。構造内の特別な配列に依存して、適切な熱可塑性繊維は例えば0.4デシテックス〜約20dtexのように明らかに1デシテックスよりはるかに下方の範囲内のデシテックスを有することがある。
【0093】
前記繊維性材料は、吸収体が製造され、エアレイド繊維性構造が即座に形成されるときには個別化形で使用されてよい、前記繊維はさらに又、プレフォーム繊維ウェブ若しくはティシューとして使用することもできる。これらの構造はその後実質的にエンドレス若しくはきわめて長い形(例、ロール、スプール上で)の製品の製造に供給され、その後適切なサイズに切断されるであろう。これはこれらが吸収性コアを形成するために他の材料と組合される前に、コア自体が切断されて前記材料がコアと同一の広がりを持つときに、個別にそうした材料の各々について実施できる。
【0094】
そうしたウェブを製造する広く様々な方法があるが、そうしたプロセスは技術において明瞭に知られている。
【0095】
そうしたウェブを製造するために使用される繊維類に関して、原則的にはほとんど制限はないが、一定の特殊ウェブを成形及び結合するプロセスは一定の材料若しくは繊維タイプと完全には適合しない可能性がある。
【0096】
ウェブを製造するための出発原料としての個別化繊維を見てみると、これらは、流体媒質中に置くことができる−これがガス状(空気)である場合はそうした構造は一般に「ドライ−レイド」と呼ばれ、それが液体である場合はそうした構造は一般に「ウェット−レイド」とよばれる。「ウェット−レイング」は、広範囲の特性を具備したティシューペーパー類を製造するために広く使用されている。この用語は、セルロース系材料と一緒に最も一般的に使用されているが、しかし合成繊維も又含めることができる。
【0097】
「ドライ−レイング」は、不織布ウェブに対して広く使用されるが、さらにそうしたウェブを形成するためにはしばしばカーディング・プロセスを使用することができる。同様に一般に知られている「エアレイド・ティシュー」も又このカテゴリーに分類される。
【0098】
融解ポリマーは、その後直接ウェブに成形することができる繊維に押出し成形することができる(即ち、その後個別のプロセス・ステップでウェブに成形される個別繊維を製造するプロセス・ステップが省略される)。結果として生じる構造は、一般にメルトブロータイプの不織布、又は繊維が有意により多く引き出される場合はスパンボンデッド・ウェブと呼ばれている。
【0099】
さらに、ウェブは又1以上の他の形成テクノロジーを結合することによっても成形できる。
【0100】
ウェブ構造に一定の強さ及び完全性特性を与えるために、これらは一般に結合される。最も広範囲に使用されるテクノロジーは(a)化学結合、又は(b)ウェブの一部を融解させることによる熱結合である。後者のためには、繊維は例えば不織布材料については20%の数値が珍しくない全領域の有意な部分を被覆できる別個の結合点を生じさせるように圧縮することができる。又は、低密度が望ましい構造に対して特に有用である「エア−スルー」結合法を適用できるが、この場合は例えばBiCo繊維のシース材料であるポリマーの部分が(しばしばエア−レイド)ウェブを通過する加熱空気によって融解させられる。
【0101】
ウェブが形成及び結合された後、これらはさらに特定の特性を変性するために処理することができる。これは、多くの可能性のある実施例の1つとして、疎水性繊維をより親水性にするため、又はその逆のための追加の界面活性剤であってよい。同様に、欧州特許出願第96108427.4号に開示されているような成形後機械的処理を使用してそうした材料に特別に有用な特性を与えることもできる。
【0102】
繊維性ウェブに加えて、又はそれに代えて、吸収性コアはフォームのような他の多孔性材料を具備することもできる。好ましいフォームは高内相W/O(油中水)型エマルジョン(これ以後はHIPEと呼ぶ)を重合させることによって引き出されるような開放セル状吸収性ポリマー・フォーム材料である。そうしたポリマー・フォームは必要な貯蔵特性並びに必要な分配特性を提供するように成形することができる。
【0103】
ここで使用するための必要な分配及び貯蔵特性の両方を提供するHIPE由来フォームは、その開示がこれにより参照してここに組み込まれる1995年11月25日に出願された同時係属出願である米国特許出願第08/563,866号(DesMaraisら)(これ以後「866出願」と呼ぶ);それらの各々の開示がこれにより参照してここに組み込まれる1995年10月13日に出願された同時係属出願である米国特許第08/542,497号(Dyerら);1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(Dyerら);及び1993年11月9日に発行された米国特許第5,260,345号(DesMaraisら)に記載されている。
【0104】
本発明において有用なポリマー・フォームは比較的に開放セル状のものである。これは、フォームの個々のセルが隣接するセルと完全に妨害されずに連絡していることを意味する。そうした実質的に開放セル状のフォーム構造におけるセルは、1つのセルから他のセルへフォーム構造内での容易な液体移動を許容するのに十分な大きさであるセル間開口部若しくは「ウィンドウ」を有する。
【0105】
これらの実質的に開放セル状のフォーム構造は、一般的には複数の相互に連絡している三次元的に分岐しているウェブによって限定されている個々のセルを具備した網状の特徴を有する。これらの分岐形ウェブを作り上げているポリマー材料のストランドは「ストラット」と呼ぶことができる。ここで使用するフォーム材料は、フォーム構造におけるサイズが少なくとも1マイクロメーターであるセルの少なくとも80%が少なくとも1つの隣接セルと液体連絡している場合には「開放セル状」である。
【0106】
開放セル状であることに加えて、これらのポリマー・フォームはフォームが下記で特定される量の水性流体を吸収することを許容するために十分に親水性である。フォーム構造の内面は、重合化後にフォーム構造内に残されている残留親水性化界面活性剤によって、又は選択された重合化後フォーム処理方法によって親水性にさせられる。
【0107】
ポリマーフォームは、崩壊した(即ち、膨張していない)形状で調製することができ、ポリマーフォームは、水性流体と接触すると膨張してそうした流体を吸収する。例えば、同時係属出願の米国特許出願第08/563,866号及び米国特許第5,387,207号を参照。これらの崩壊したポリマー・フォームは通例は圧縮力を通して重合化HIPEフォームから水相を絞り出すこと、及び/又は熱乾燥及び/又は真空脱水によって入手される。圧縮後、及び/又は熱乾燥及び/又は真空脱水後に、ポリマーフォームは崩壊した、若しくは膨張していない状態になる。或いは又、そうしたフォームは例えば同時係属出願である米国特許出願第08/542,497号及び米国特許第5,260,345号に記載されているようなノン・コラプシブル(崩壊することのできない)・フォームであってもよい。
【0108】
<高吸収性ポリマー若しくはヒドロゲル>
任意で、及びしばしば好ましくは、本発明に従った吸収性構造は高吸収性ポリマー、若しくはヒドロゲルを具備することができる。本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマーには、様々な実質的な水に不溶性の、だが大量の液体を吸収することのできる水膨潤性ポリマーが含まれる。そうしたポリマー材料は又一般に、「親水コロイド」、又は「高吸収性」材料と呼ばれている。これらのヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、好ましくは例えばスルホン酸、及びより典型的にはカルボキシル基のような多数のアニオン性官能基を有する。ここで使用するために適合するポリマーの例には、重合可能な不飽和の酸含有モノマーから調製されるものが含まれる。
【0109】
一部の非酸性モノマーも又、たいていは少量で、ここでヒドロゲル形成吸収性ポリマーを調製するときに含めることができる。そうした非酸性モノマーには、例えば酸含有モノマーの水溶性若しくは水分散性エステル類、並びにカルボン酸基若しくはスルホン酸基を全く含有しないモノマーが含まれる。そうした周知の材料の例は、1978年2月28日に発行された米国特許第4,076,663号(Masudaら)及び1977年12月13日に発行された米国特許第4,062,817号(Westerman)に記載されている。
【0110】
本発明に適合するヒドロゲル形成吸収性ポリマーはカルボキシル基を含有する。これらのポリマーには、加水分解されたデンプン−アクリロニトリル・グラフト共重合体類、部分的に中和されたデンプン−アクリロニトリル・グラフト共重合体類、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体類、部分的に中和されたデンプン−アクリル酸グラフト共重合体類、鹸化された酢酸ビニル−アクリルエステル共重合体類、加水分解されたアクリロニトリル若しくはアクリルアミド共重合体類、上記の共重合体類のいずれかの軽度に網状架橋結合されたポリマー類、部分的に中和されたポリアクリル酸、及び部分的に中和されたポリアクリル酸の軽度に網状架橋結合されたポリマー類が含まれる。これらのポリマー類は単独で、又は2以上の異種のポリマー類の混合物の形のいずれかで使用できる。これらのポリマー材料の例は、米国特許第3,661,875号、米国特許第4,076,663号、米国特許第4,093,776号、米国特許第4,666,983号、及び米国特許第4,734,478号に開示されている。
【0111】
ヒドロゲル形成粒子を製造するときに使用するために最も好ましいポリマー材料は、部分的に中和されたポリアクリル酸の軽度に網状架橋結合されたポリマー類及びそれらのデンプン誘導体類である。最も好ましくは、ヒドロゲル形成粒子は、約50〜約95%、好ましくは約75%中和され、軽度に網状架橋結合されたポリアクリル酸(即ち、ポリアクリル酸ナトリウム/ポリアクリル酸)を具備する。
【0112】
上記のように、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、好ましくは軽度に網状架橋結合されている。網状架橋結合はポリマーを実質的に水に不溶性にするために役立ち、さらに一部には前駆体粒子及び結果として生じるマクロ構造の吸収容量及び抽出可能なポリマー含量特性を決定する。ポリマーを網状架橋結合させるためのプロセス及び典型的な網状架橋結合剤は上記で引用した米国特許第4,076,663号及びドイツ特許第A−4,020,780号(Dahmen)に極めて詳細に記載されている。
【0113】
高吸収性材料は粒子形又は繊維状形で使用することができ、さらにプレフォーム構造を形成するために他の要素を結合することもできる。
【0114】
これまで個々の要素を個別に開示してきたが、さらに1以上のこれらの要素を結合することによって吸収性構造若しくは下部構造を作ることができる。
【0115】
限定的影響を及ぼすことを意図せずに、下記では適切な組合せを説明する:
i)セルロース系若しくはその他の繊維と混合された特殊高吸収性ポリマー(SAP)。基本原理は明確に確立されていてよく知られているが、製品の厚さを低下させることを試みて最近ではますます高い重量比でSAP対繊維が使用されている。本発明の範囲内では、SAPと例えばホットメルト接着剤(例えば欧州特許第A−0,695,541号に開示されている)のような結合剤と、又は融解性ポリマー材料(例えばPE粒子)との組合せがSAPを固定化するために適切なツールである可能性がある;
ii)粒子間架橋結合により下部構造を形成するSAP;
iii)他の繊維と混合された又は繊維状SAPウェブを形成する繊維状SAP;
iv)孔径その他が相違することを具備するフォーム構造。
【0116】
<改良された吸収体>
吸収体及び適切な部材、材料、構造、コンポーネント及び副コンポーネントを大まかに述べてきたので、下記では本発明に従った流体貯蔵部材及び流体分配部材のための要件並びにそうした部材に使用するために適合する材料について説明する。
【0117】
<改良された分配部材>
分配部材の要件は、該部材に含まれる部材若しくは材料のどちらかを見ることによって決定できる。従って、この説明で列記する要件は、全部材若しくはその中の各材料の何れについても満たされなければならない。
【0118】
従って、本発明に従うそのような部材のために有用な分配部材若しくは材料は下記の重要なパラメータによって説明することができる:
第1に、前記部材若しくは材料の完全飽和での浸透率(k100)である。従来の分配材料は、液体流に対する小さな抵抗性(即ち、高浸透率)を有することと、例えばより小さな孔径の結果としてのウイッキング特性(即ち、低浸透率)を提供できるように十分な毛管圧との間の最適値を発見できるように、この浸透率を平衡させていた。完全飽和での浸透率(k100)は、一般には1ダルシー(Darcy)以上(1ダルシーは9.869*10-132に相当する)、好ましくは2ダルシー以上、又はさらに8ダルシー以上、又はさらにより好ましくは100ダルシー以上でなければならない。完全飽和は、下記で説明するようなキャプソープション(Capsorption)試験によって、0cm高さでの毛管吸着吸収容量の結果(CSAC0)に対応する最大取り込み量として測定できる。
【0119】
第2に、浸透率の飽和度に対する依存性である。この特性は以前の材料設計考察では考慮に入れられておらず、従来型材料は著しく比例していない挙動を有する。即ち、100%未満の飽和度での実際の浸透率は、実際の浸透率と飽和状態との間の線形関係について得られるものよりも有意に低い。
【0120】
第3に、毛管吸着圧、つまり下記で説明する毛管吸収試験において測定されるような毛管吸着脱離圧である。このパラメータは、吸収体における分配要素としてのそれらの役割を満たすための材料若しくは部材の液体を放出する能力を説明する。
【0121】
加えて、またしばしば好ましくは、分配材料は下記で説明するような垂直ウイッキング流量試験において高い液体流出比の要件を満たす可能性がある。好ましくは、該材料は、15cmのウイッキング高さにおいて少なくとも0.045g/cm2/sec、好ましくは0.06g/cm2/sec以上、さらに好ましくは0.10g/cm2/sec以上の流量を提供する。
【0122】
これらのパラメータの正しいバランスを満たす材料を注意深く選択すると、吸収性構造及び/又は各製品にとって重要な利点を実現することができる。
【0123】
第1に、流体分配材料は、それらが例えば尿噴出の場合のように負荷された後に容易に脱水される。これは、これらの材料が現実の使用においてしばしば発生するような、その後の負荷を受け入れる準備を整えるために重要である。
【0124】
第2に、これらの材料は設計収容能に比較して相当に小さい負荷の場合でさえも、液体のより一様な流体分配を許容する。これは製品の一定領域における高度の液体蓄積を回避することによって、装着者に対する適合性の向上を維持することを目的とするが、しかしむしろ貯蔵された液体の一様な分配を目的とする設計のためによりいっそう重要である。
【0125】
第3に、材料がさらに高流量要件を満たす場合は、液体は重力に逆らってさえ良好かつ迅速に分配されることができる。これは、液体の最終貯蔵が負荷ゾーン若しくは領域から離れていることが意図される場合は特に重要になる。このためこれらの材料は1997年3月27日に出願されたPCT出願米国特許出願第97/05046号に記載のようなコア設計において特に有用である。
【0126】
材料又は部材の浸透率は下記に説明する浸透率試験によって測定される。
【0127】
理論に拘泥するものではないが、実際浸透率k{S}は、数多くの関連系について下記の式によって概算することのできる飽和度からの依存性を有している(J.Bear,Haifaによる「多孔性媒質中の流体の力学(Dynamics of fluids in porous media)」,出版社 ドーヴァー パブリケイションズ社(publ.Dover Publications,Inc.),ニューヨーク,1988,特にページ461以降、491以降も参照):
k{S}=k{100}*{SSDP
式中、kはダルシー単位での浸透率を表す;また、SDPは比例していない行動を説明する無限指数又は飽和依存性パラメータを表す。Sは0から1の範囲の飽和度を意味するが、このとき数値1は外部圧及び/又は毛管圧ゼロの下での完全飽和(即ち、100%飽和)に相当する。
【0128】
分配材料についての従来型設計基準では、飽和度での浸透率(k100)についての高い数値に焦点が当てられてきたが、これは当然ながらほとんど若しくは全くウイッキング能力を有していない構造をもたらすであろう。従って実質的に「自由流れレジメ」がコントロールされるべきである収集材料としては適切であるが、これは分配材料には当てはまらない。このような材料は、例えば重力に逆らった輸送のようなウイッキング状態下では極めて不良な輸送特性を有するであろう。そうした極端な特性は従来型収集材料において見られる。欧州特許出願第A−0.809,991号に記載されているような分配材料は、ウイッキング能力及び自由流れコントロールの組合せを提供するが、これも完全飽和状態下におけるものである。
【0129】
本発明に従った材料は少なくとも1ダルシー、好ましくは少なくとも2ダルシーの浸透率k(100)を示す。これより高い浸透率値は液体輸送に対するいっそう高い抵抗性を提供し、さらにここに列挙するその他の要件を侵害しない限りにおいてこれが達成される限りは好ましい。特に、8ダルシー以上、さらには100ダルシー以上の浸透率を有する材料が極めて適切である可能性がある。
【0130】
方程式から読み取ることができるように、SDPパラメータに対するより高い数値は、より顕著に比例から外れた挙動を有する系を説明する(SDPが1に等しい場合は、線形関係が存在するであろう)。従来型の分配材料は、3以上の数値を有するSDPによって説明できるように、著しく比例から外れた挙動を示す。そうした数値に対しては、50%飽和での浸透率は100%飽和での浸透率の12.5%に過ぎず、従ってそれ以上の液体負荷を収容して分配させる能力は劇的に低下する。
【0131】
従って、本発明に従った材料は3未満、好ましくは2.75未満、より好ましくは2.5未満のSDP値を有しており、さらに2未満の数値がいっそう良い。そうした数値は100%飽和での浸透率の14%以上、好ましくは約18%以上、より好ましくは約25%以上の50%飽和での浸透率に相当し、さらに35%以上の数値がいっそう良い。そうした数値は100%飽和での浸透率の約3.5%以上、好ましくは約5%以上、より好ましくは約10%以上の30%飽和での浸透率に相当する。
【0132】
下記で説明する簡易浸透率試験は「面横断」浸透率、即ち、測定されたサンプルの厚さ寸法における浸透率及び変性サンプルセルを用いて、「面内」浸透率も測定することができる。例えば、等方性泡状フォームのような数多くの材料については、面横断及び面内浸透率は本質的に同一であろう。この簡易浸透率試験は、2つの特殊条件について浸透率を測定するための単純な試験機構を提供する:100%飽和での広範囲の多孔性材料(合成繊維から作られた不織布又はセルロース系構造のような)について、又は空気を充填せずに(外側蒸気相についてそれぞれに)キャリパーにおける比例変化に伴って様々な飽和度に到達し、様々な飽和度での浸透率を様々な厚さで容易に測定できる材料について、浸透率を測定することができる。
【0133】
例えば、上記の崩壊することのできるフォームは液体負荷若しくは飽和の程度に依存する厚さ若しくはキャリパーを示す。即ち、それらは飽和状態で一定の厚さを有しており、これは液体が除去されると減少するが、それはフォーム孔がそれらから液体が除去されると崩壊するようなサイズであるからである。逆に言えば、一定の負荷度を定義するために一定のキャリパーを設定することができる。従って、そうした材料については、浸透率の飽和への依存度を測定するために簡易浸透率試験を容易に適用することができる。
【0134】
下記で説明する一般浸透率試験は、例えば繊維性ウェブ若しくは構造、又は本質的に湿潤度とは関係なく孔径を維持するフォームのような、一般的な意味における多孔性材料に対する飽和への浸透率の依存性を測定するために有用である。
【0135】
本発明に従う材料若しくは部材のためのもう1つの重要な要件は、それが貯蔵媒体へと流体を放出する能力である。これは、分配材料若しくは部材はあまり長時間に渡って液体を保持してはならず、適切な貯蔵材料若しくは部材へ流体を輸送するために必要な時間に限ってのみ保持しなければならないという事実を反映している。
【0136】
この特性を説明するための適切なパラメータは、当該部材が様々な毛管圧で液体を収容及び放出する能力によって決定される毛管吸着脱離圧(ここでは水柱高さ(「毛管高さ」)の単位で測定される)であり、これは、一般に部材が吸収体内に配置されているときに遭遇する。毛管吸着吸収容量試験(これ以後はキャプソープション試験とも呼ぶ)は、材料若しくは部材が毛管吸着装置上で様々な高さに置かれたときに吸収若しくは放出される、吸収性部材若しくは材料1g当たりの試験液の量を測定する。毛管吸着吸収容量試験は、下記の試験方法の部でより詳細に説明するが、材料が0cm吸着高さでの液体量の50%を放出する毛管吸着脱離高さ(CSDH50)を生じる。
【0137】
本発明との関連で有用な材料は、150cm未満、好ましくは100cm未満、より好ましくは75cm未満もしくは50cm未満のCSDH50を有するべきである。
【0138】
本発明に使用するために特に有用な材料は、親水性かつ柔軟性の相互連絡した開放セルのポリマー・フォーム構造である。
【0139】
このようなフォームについては、フォームの機械的強さは、液体を放出すると、関係する毛管圧下でフォームが崩壊するようなものであってよい。この崩壊プロセスは、下記で説明するように、フォームの密度に関連する実質的要素によってフォームの有効容量を低下させる。崩壊は、構造全体を通して比較的一様であれば、液体衝撃ポイントにおいて、その場所に保持される液体量をも減少させる。これに関連して、フォームの強さは、フォームによって作用する毛管圧より小さいので、コアの貯蔵コンポーネントによって水性液が除去されたときにはフォームは崩壊する。毛管圧は、ここでは主としてフォームのセルサイズ(単位容積当たりの表面積と反比例する)を調整することによって制御される。強度は架橋密度及びフォーム密度の組合せによってコントロールされ、これは下記で定義されるように、単位容積当たりの架橋密度によって表すことができる。また、架橋結合剤及びその他のコンポーネントのタイプの影響も大きい可能性がある。
【0140】
ここで有用なポリマー・フォームは、比較的開放セル状のものである。そうした実質的に開放セル状のフォーム構造におけるセルは、1つのセルから他のセルへのフォーム構造内での容易な液体移動を許容するために、十分に大きいセル間開口部若しくは「ウィンドウ」を有する。
【0141】
これらの実質的に開放セル状のフォーム構造は、一般に複数の相互に連絡している三次元的に分岐したウェブによって限定される個々のセルを具備した網状の性質を有するであろう。これらの分岐ウェブを作り上げるためのポリマー材料のストランドは「ストラット」と呼ぶことができる。本発明のためには、フォーム材料は、フォーム構造におけるサイズが少なくとも1μmであるセルの少なくとも80%が少なくとも1つの隣接セルと液体連絡していれば「開放セル状」である。
【0142】
開放セル状であることに加えて、これらのポリマー・フォームはフォームが水性液を吸収することを許容するために十分に親水性である。フォーム構造の内面は、下記で説明するように、重合後にフォーム構造内に残されている残留親水性化界面活性剤及び/若しくは塩によって、又は選択された重合後フォーム処理方法によって親水性にされる。
【0143】
これらのポリマーフォームが「親水性」である程度は、吸収性試験液と接触したときに示される「付着張力」値によって定量できる。これらのフォームによって示される付着張力は、例えば合成尿のような試験液の取り込み重量を既知の寸法及び毛管吸引比表面積を有するサンプルについて測定する方法を使用して、実験的に測定することができる。そうした方法は、本願明細書の一部をなす参照として本願に組み込まれる1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(Dyerら)の試験方法の部に詳細に説明されている。本発明の分配材料として有用であるフォームは、一般に65±5ダイン/cmの表面張力を有する合成尿の毛管吸引取り込みによって測定される約15〜約65ダイン/cm、より好ましくは約20〜約65ダイン/cmの付着張力値を示すものである。
【0144】
これらのフォームの重要な特徴は、それらのガラス転移温度(Tg)である。Tgは、ポリマーのガラス状態とゴム状態の間の転移の中間点を表す。使用温度より高いTgを有するフォームは極めて強力であり得るが、しかし極めて剛性で潜在的に破損する傾向を有する可能性もある。また、そのようなフォームは応力下でクリープを起こし、さらにポリマーのTgより低い温度で使用した場合に柔軟性が不良な傾向がある。機械的特性の望ましい組み合わせ(特に、強度と柔軟性)は、これらの望ましい特性を達成するために、典型的には、相当に選択的な範囲のモノマーの種類およびレベルを必要とする。
【0145】
本発明のために有用な分配フォームについては、Tgはそのフォームが容認できる強度を有する限りにおいて、できる限り低くすべきである。従って、モノマーは、できる限り低いTgを有する対応のホモポリマーを提供するように選択される。
【0146】
ポリマーのガラス転移領域の形状、即ち、温度の関数としてそれが狭いか広いかと言うことも又重要である場合がある。このガラス転移領域の形状は、特にポリマーの使用中の温度(たいていは周囲温度若しくは体温)がTgであるか、若しくはそれに近い場合に重要である。例えば、転移領域が広いことは、使用中の温度において転移が不完全であることを意味する。典型的には、転移が使用中の温度で不完全な場合は、ポリマーはより大きな剛性を示し、より柔軟性が低くなるであろう。これとは逆に、転移が使用中温度で完了していると、その後、ポリマーは圧縮からのより迅速な回復を示すであろう。従って、ポリマーのTg及び転移領域の幅を望ましい機械的特性を達成するためにコントロールすることが望ましい。一般には、ポリマーのTgは使用中温度より少なくとも約10℃下であることが好ましい。(Tg及び転移領域の幅は、1996年10月8日に発行された米国特許第5,563,179号(Stoneら)に記載されているように動的機械分析(DMA)測定からの損失タンジェント対温度曲線から誘導される)。
【0147】
本発明のために有用なポリマー・フォームは、数多くのパラメータによって記述することができる。
【0148】
本発明のために有用なフォームは、重力に対して有意な高さ、例えば少なくとも約15cmまで、水性液を毛管現象で吸い上げることができる。フォーム内に保持された液体柱は有意な収縮性毛管圧を作用させる。フォームは、フォームの強度(圧縮における)及びフォームの単位容積当たり表面積の両方で決定される高さにおいて崩壊するであろう。この高さは、ゼロヘッド圧におけるフォーム容積の50%が失われるときの、cmで表された毛管崩壊圧(CCP)である。本発明のために有用な好ましい分配フォームは少なくとも約15cm、より好ましくは少なくとも約20cm、さらに好ましくは少なくとも約25cmのCCPを有するであろう。典型的には、好ましい分配フォームは約15cm〜約50cm、より好ましくは約20cm〜約45cm、さらに好ましくは約25〜約40cmの毛管崩壊圧を有するであろう。
【0149】
好ましいポリマー・フォームを定義するときに有用な可能性のある1つの特徴は、セル構造である。フォーム・セル、特に比較的モノマーを含まない水相液滴を取り囲んだモノマー含有油相を重合することによって形成されたセルは、その形状が実質的に球形であることが多い。これらの球形セルは、開口部(以下ではセル間の穴と呼ぶ)によって相互に連絡している。球形セルのサイズ若しくは「径」及びセル間の開口部(穴)の径は、何れも一般にフォームを特徴付けるために使用されている。セル及びセル間の穴は、一定のポリマー・フォームのサンプルにおいて必ずしも略同サイズではないであろうから、しばしばセル及び穴の平均サイズ、即ちセル及び穴の平均径が特定される。
【0150】
セル及び穴のサイズは、これらのフォームの液体ウイッキング特性並びにフォーム構造内で発生する毛管圧を含むフォーム材の多くの重要な機械的特徴及び性能に大きな影響を及ぼす可能性のあるパラメータである。フォームのセル及び穴の平均サイズを測定するためには、多くの方法を利用することができる。有用な方法には、フォームサンプルの走査電子顕微鏡写真に基づく単純な測定が含まれる。本発明に従った水性液の吸収体として有用なフォームは、好ましくは約20μm〜約60μm、及び典型的には約30μm〜約50μmの数平均セルサイズ、並びに約5μm〜約15μm、及び典型的には約8μm〜約12μmの数平均穴サイズを有するであろう。
【0151】
「毛管吸引比表面積」は、試験液に接触できるポリマー網の試験液に接触可能な表面積の尺度である。毛管吸引比表面積は、フォームにおけるセル単位の寸法及びポリマーの密度の両方によって測定されるので、そうした表面が吸収性に関与する範囲で、フォーム網により提供される個体表面の総量を定量する方法である。
【0152】
本発明の目的において、毛管吸引比表面積は、既知の質量及び寸法のフォームサンプル内で発生する低表面張力液体(例、エタノール)の毛管取り込み量を測定することによって決定される。毛管吸引法によるフォーム比表面積を決定するための斯かる方法の詳細な説明は、上記の米国特許第5,387,207号の試験方法の部に記載されている。毛管吸引比表面積を決定するための合理的なあらゆる代替法も又利用することができる。
【0153】
本発明のために有用な分配フォームは、好ましくは少なくとも約0.01m2/ml、より好ましくは少なくとも約0.03m2/mlの毛管吸引比表面積を有するであろう。典型的には、毛管吸引比表面積は約0.01〜約0.20m2/ml、好ましくは約0.03〜約0.10m2/ml、最も好ましくは約0.04〜約0.08m2/mlの範囲内である。
【0154】
「フォーム密度」(即ち空気中のフォーム容積1立方センチメートル当たりのフォームの重量(g))は、ここでは無水ベースで特定される。フォームの密度は、毛管吸引比表面積と同様に、吸収性フォームの数多くの性能特徴及び機械的特徴に大きな影響を及ぼす可能性がある。これらには、水性液に対する吸収容量及び圧縮偏向特徴(compression deflection characteristics)が含まれる。フォーム密度はフォームの状態に伴って変化するであろう。崩壊した状態でのフォームは、明らかに、完全に膨張した状態における同一フォームよりも高い密度を有する。一般に、本発明のために有用な崩壊した状態でのフォームは、約0.11g/cm3の乾燥密度を有する。
【0155】
フォーム密度を測定するためには、フォーム構造の単位容積当たりの、固形フォーム材料の質量の測定法を提供するあらゆる適切な重量測定方法を使用できる。例えば、上記の米国特許第5,387,207号の試験方法の部に十分に記載されているASTM重量測定方法は、密度測定に使用できる1つの方法である。フォーム密度は、乳化剤、充填剤、塩のような表面処理剤その他を全く含まない洗浄されたフォーム剤の単位容積当たりの重量に関係する。本発明のために有用なフォームは、好ましくは約8mg/cm3〜約77mg/cm3、より好ましくは約11mg/cm3〜約63mg/cm3、さらにより好ましくは約13mg/cm3〜約48mg/cm3の乾燥密度を有するであろう。
【0156】
本発明のために有用なフォームは、特定タイプのW/O(油中水)型エマルジョン又は相当に少量の油相及び相当に大量の水相を有するHIPEを重合させることによって入手できる。このプロセスは下記のステップを具備する:
A) 特定温度及び特定剪断混合下において、以下の原料からW/O型エマルジョンを形成するステップ:
1)下記を含有する油相:
a)約35℃以下のTgを有する共重合体を形成することのできる重量で約85〜約98%のモノマーコンポーネントであって、該モノマーコンポーネントは下記のものを含む:
i)約25℃以下のTgを有する無定形アタクチックポリマーを形成することのできる、重量で約30〜約80%の少なくとも1つの実質的に水に不溶性の1官能基モノマー;
ii)スチレンによって提供されるものにほぼ同等の靭性を付与することのできる、重量で約5〜約40%の少なくとも1つの実質的に水に不溶性の1官能基コモノマー;
iii)ジビニルベンゼン類、トリビニルベンゼン類、ジビニルトルエン類、ジビニルキシレン類、ジビニルナフタレン類、ジビニルアルキルベンゼン類、ジビニルフェナントレン類、ジビニルビフェニル類、ジビニルジフェニル−メタン類、ジビニルベンジル類、ジビニルフェニルエーテル類、ジビニルジフェニルスルフィド類、ジビニルフラン類、ジビニルスルフィド、ジビニルスルホン、及びそれらの混合物から選択される、重量で約5〜約30%の実質的に水に不溶性の第1多官能架橋剤;及び
iv)多官能アクリルレート類、メタクリルレート類、アクリルアミド類、メタクリル−アミド類、及びそれらの混合物から選択される重量で約0〜約15%の実質的に水に不溶性の第2多官能架橋剤;及び
b)油相中に溶解性であり、さらに安定したW/O型エマルジョンを形成するために適切である重量で約2〜約15%の乳化剤コンポーネントであって、該乳化剤コンポーネントは下記を具備する:(i)線形不飽和C16−C22脂肪酸のジグリセロールモノエステル類、分枝C16−C24脂肪酸のジグリセロールモノエステル類、分枝C16−C24アルコールのジグリセロールモノ脂肪族エステル類、線形不飽和C16−C22高級アルコールのジグリセロールモノ脂肪族エステル類、線形飽和C12−C14アルコールのジグリセロールモノ脂肪族エステル類、線形不飽和C16−C22脂肪酸のソルビタンモノエステル類、分枝C16−C24脂肪酸のソルビタンモノエステル類、及びそれらの混合物から選択された乳化コンポーネントを重量で少なくとも約40%有する第1乳化剤;又は(ii)これらの乳化コンポーネントを重量で少なくとも20%有する第1乳化剤と一定の第2乳化剤の約50:1〜約1:4の第1対第2乳化剤重量比での組合せ;及び
2)下記を含有する水溶液を具備する水相:(i)重量で約0.2〜約20%の水溶性電解質;及び(ii)有効量の重合開始剤;
3)容積:重量比で約12:1〜約125:1の水相対油相比;及び
B) ポリマー・フォーム材料を形成するために、W/O型エマルジョンにおける油相中のモノマーコンポーネントを重合するステップ;及び
C) 任意に、ポリマー・フォーム料を脱水するステップ。
【0157】
このプロセスは、ここで説明するように注意深くバランスさせた特性を有する結果として、液体を分配することのできる、これら吸収性フォームの形成を可能にする。これらの特性は、架橋剤及びモノマーのタイプ及びレベル、並びにエマルジョン形成パラメータ、特に剪断混合の量、温度及び水対油比を注意深く選択することによって達成され、これらの特徴は乾燥フォームの最終密度として現れる。
【0158】
本発明のために有用なポリマー・フォームは、相当に高い水相対油相比を有する一定のW/O型エマルジョンの重合によって調製することができる、該エマルジョンは「HIPEs」として当該技術で一般に知られている。このようなエマルジョンの重合の結果として生じるポリマー・フォーム材料は、以下では「HIPEフォーム」と称する。かかるHIPEsの一般的調製についての詳細な説明は、上記米国特許第5,563,179号及び米国特許第5,387,207号に与えられている。
【0159】
HIPEsを形成するために使用される水相及び油相の相対量は、他の多くのパラメータの中でも、得られるポリマー・フォームの構造的、機械的及び性能に関する特性の決定において重要である。特に、エマルジョン中の水対油比(「W:O比」)は最終フォームの密度とは逆に変動し、さらにフォームのセルサイズ及び毛管吸引比表面積並びにフォームを形成するストラットの寸法に大きな影響を及ぼす可能性がある。本発明に有用なHIPEフォームを調製するために使用されるエマルジョンは、一般に約12:1〜約125:1、及び最も典型的には約15:1〜約90:1の水相:油相の容積対重量比を有するであろう。特に好ましいフォームは、約20:1〜約75:1の比率を有するHIPEsから製造ことができる。
【0160】
HIPEsの油相の主要部分は、例えば上記米国特許第5,387,207号の中で説明されているように、モノマー類、コモノマー類及び架橋剤を含有するであろう。これらのモノマー類、コモノマー類及び架橋剤は、それらが主として油相に溶解性であって水相には溶解性でないように実質的に水に不溶性であることが重要である。そうした実質的に水に不溶性のモノマーの使用は、適切な特徴及び安定性を持つHIPEsが実現されることを保証する。当然ながら、ここで使用されるモノマー類、コモノマー類及び架橋剤が結果として生じるポリマー・フォームが適切に非毒性であって適切に化学的に安定性であるようなタイプのものであることが高度に好ましい。これらのモノマー類、コモノマー類及び架橋剤は、好ましくは重合後フォーム加工処理及び/又は使用中に極めて低残留濃度で存在する場合にほとんど若しくは全く毒性を有していてはならない。
【0161】
もう1つの油相の重要なコンポーネントは、安定性HIPEsの形成を許容する乳化剤コンポーネントである。乳化剤コンポーネントは、例えば上記米国特許第5,387,207号の中で説明されているように第1乳化剤及び任意に第2乳化剤を具備する。
【0162】
HIPEsを形成するために使用される油相は、重量で約85〜約98%のモノマーコンポーネント及び重量で約2〜約15%の乳化剤コンポーネントを具備する。好ましくは、油相は重量で約90〜約98%のモノマーコンポーネント及び重量で約3〜約10%の乳化剤コンポーネントを具備する。油相はさらに又他の任意のコンポーネントを含有することができる。1つのそうした任意のコンポーネントは例えば参照してここに組み込まれる1994年3月1日に発行された米国特許第5,290,820号(Bassら)に記載されているような当業者には周知の一般タイプの油溶性重合開始剤である。もう1つの好ましい任意コンポーネントは、例えば干渉アミン光線安定剤(HALS)及び干渉フェノール安定剤(HPS)のような酸化防止剤又は使用される開始剤系と適合するその他の酸化防止剤である。その他の任意のコンポーネントには、可塑剤、充填剤、着色剤、連鎖移動剤、溶解ポリマー及びその他が含まれる。
【0163】
HIPEの不連続な水内相は、一般に、例えば上記米国特許第5,387,207号で説明されているように、1以上の溶解コンポーネントを含有する水溶液である。水相の1つの重要な溶解コンポーネントは水溶性電解質である。溶解電解質は、主として油溶性であるモノマー類、コモノマー類及び架橋剤類が水相にも溶解する傾向を最小限に抑える。
【0164】
これは、順に重合中に水相液滴によって形成される油/水界面でのセルウィンドウをポリマー材料が充填する程度を最小限に抑えると考えられる。従って、電解質の存在及びその結果として得られる水相のイオン強度は、結果として生じる好ましいポリマー・フォームを開放セル状にできるかどうか、及びその程度を決定すると考えられる。
【0165】
HIPEsは又、典型的には重合開始剤を含有するであろう。そうした開始剤コンポーネントは一般にはHIPEsの水相に添加され、従来型水溶性フリーラジカル系開始剤のいずれかであってよい。これらには過硫酸ナトリウム、カリウム及びアンモニウム、過酸化水素、過酢酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム及びその他のような過酸化化合物が含まれる。従来型酸化還元開始剤系も又使用できる。そうした系は、上記の過酸化化合物と亜硫酸ナトリウム、L−アスコルビン酸若しくは鉄塩のような還元剤とを結合させることによって形成される。
【0166】
開始剤は油相に存在する重合可能なモノマーの総モルに基づいて約20モルパーセントまで存在することができる。より好ましくは、開始剤は油相に存在する重合可能なモノマーの総モルに基づいて約0.001〜約10モルパーセントの量で存在する。
【0167】
HIPEフォーム構造を形成するためのポリマーは、好ましくは実質的に極性官能基を含んでいないであろう。これは、ポリマー・フォームがその性質において比較的疎水性であることを意味する。これらの疎水性フォームは、疎水性液の吸収が望ましい場合に有用性を見出すことができる。この種類の使用には、例えば海上での石油流出の場合のように、油性コンポーネントが水と混合され、油性コンポーネントを分離及び隔離することが望ましい使用が含まれる。
【0168】
これらのフォームが、例えばこぼしたジュースや牛乳等のような清掃すべき水性液及び/又は尿のような体液吸収剤として使用される場合は、それらは、一般にフォームを比較的により親水性にするためのさらなる処理を必要とする。必要な場合、フォームの親水性化は、上記米国特許第5,387,207号に記載されている方法で、親水性化界面活性剤を用いてHIPEフォームを処理することにより達成できる。
【0169】
これらの親水性化界面活性剤は、ポリマー・フォーム表面の水湿潤性を増強するいずれかの材料であってよい。それらは本技術において周知であって、上記米国特許第5,387,207号に説明されているような好ましくは非イオン性タイプの様々な界面活性剤を含むことができる。
【0170】
HIPEフォーム構造に典型的に組み込まれるもう1つの材料は、水和可能で、さらに好ましくは吸湿性又は融解性の水溶性無機塩である。そうした塩類には、例えば毒物学的に容認可能なアルカリ土類金属塩類が含まれる。このタイプの塩類及びそれらのフォーム親水性化界面活性剤としての油溶性界面活性剤類との使用は、その開示が参照してここに組み込まれる1994年10月4日に発行された米国特許第5,352,711号(DesMarais)により詳細に記載されている。好ましいこのタイプの塩類には、以前に言及したようにHIPEにおける水相電解質としても使用できる例えば塩化カルシウムのようなハロゲン化カルシウムが含まれる。
【0171】
水和可能な無機塩類は、フォームを、そのような塩類の水溶液を用いて処理することによって容易に組み込むことができる。これらの塩類溶液は、一般に重合直後のフォームから残留水相を除去するプロセスの完了後、又はその一部として、フォームを処理するために使用することができる。そうした溶液を用いたフォームの処理は、好ましくはフォームの重量で少なくとも約0.1%、典型的には約0.1〜約12%の範囲内の残留量で、例えば塩化カルシウムのような水和可能な無機塩類を沈着させる。
【0172】
親水性化界面活性剤を用いたこれら比較的疎水性のフォームの処理(水和可能な塩を用いて若しくは用いずに)は、典型的には、フォームに適切な親水性を付与するために必要な程度で実施されるであろう。しかし、好ましいHIPEタイプの一部のフォームは、調製されると適切に親水性であり、さらにその中に十分な量の水和可能な塩を組み込んでいるので、従って親水性化界面活性剤若しくは水和可能な塩を用いた追加の処理を必要としない。特に、そうした好ましいHIPEフォームには、以前に説明した一定の油相乳化剤及び塩化カルシウムがHIPE中に使用されている場合のものが含まれる。それらの場合には、重合したフォームの内面は適切に親水性になるであろう、及びポリマー・フォームが実際的な程度へ脱水させられた後でさえ十分な量の塩化カルシウムを含有若しくは沈積する残留水相液体を含有するであろう。
【0173】
フォーム調製法は、典型的には下記のステップを含む:1)安定性高内相エマルジョン(HIPE)を形成するステップ;2)この安定性エマルジョンを固形ポリマー・フォーム構造を形成するために適切な条件下で重合/硬化させるステップ;3)ポリマー・フォーム構造から最初の残留水相を除去するために固形ポリマー・フォーム構造を任意で洗浄し、さらに必要であれば、何れか必要な親水性化界面活性剤/水和可能な塩を沈積させるために、ポリマー・フォーム構造を親水性化界面活性剤及び/又は水和可能な塩を用いて処理するステップ;及び、4)その後このポリマー・フォーム構造を脱水するステップ。この方法は、上記の米国特許第5,387,207号に更に十分に記載されている。
【0174】
吸収性構造において各材料を使用するために、これらの材料は上記で列挙した説明に従った材料を具備する流体処理部材を作り出せるように他の要素と結合させることができる。
【0175】
<貯蔵吸収部材の要件>
上記で説明したように、分配部材は一定の脱離特性を示すが、これは吸収性貯蔵部材若しくは材料の吸収特性に適合されなければならない。
【0176】
従って、本発明に適合する貯蔵吸収部材は、高い毛管吸引容量を示す。本発明の目的では、この高い吸引容量は、該部材が吸収体に配置されたときに一般に遭遇する一定の毛管高さで流体を取り込む能力によって測定される。毛管吸着吸収容量試験(以下、キャプソープション試験とも呼ぶ)は、貯蔵部材が毛管吸着装置上で様々な高さに置かれたときに、吸収される吸収性貯蔵部材1g当たりの試験液の量を測定する。毛管吸着吸収容量試験は、下記の試験方法の部でより詳細に説明される。
【0177】
ある実施形態では、本発明に適切な高毛管吸引容量の貯蔵吸収部材は、35cmの高さで少なくとも約15g/g、好ましくは少なくとも約18g/g、より好ましくは少なくとも約20g/g、さらに好ましくは少なくとも約22g/gの毛管吸着吸収容量(CSAC)を有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は35cmの高さで約15g/g〜約60g/g、より典型的には約18g/g〜約50g/g、さらにより典型的には約20g/g〜約40g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。
【0178】
又別の実施形態では、高毛管吸引容量貯蔵吸収部材は、50cmの高さで少なくとも約8g/g、好ましくは少なくとも約11g/g、より好ましくは少なくとも約15g/g、さらに好ましくは少なくとも約19g/gのCSACを有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、50cmの高さで約8g/g〜約40g/g、より典型的には約11g/g〜約35g/g、さらに典型的には約15g/g〜約30g/gのCSACを有するであろう。
【0179】
さらに又別の実施形態では、高毛管吸引容量貯蔵吸収部材は80cmの高さで少なくとも約6g/g、好ましくは少なくとも約9g/g、より好ましくは少なくとも約12g/g、さらに好ましくは少なくとも約15g/gのCSACを有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は、80cmの高さで約6g/g〜約35g/g、より典型的には約9g/g〜約30g/g、さらに典型的には約12g/g〜約25g/gのCSACを有するであろう。
【0180】
さらに又別の実施形態では、高毛管吸引容量貯蔵吸収部材は、100cmの高さで少なくとも約5g/g、好ましくは少なくとも約7g/g、より好ましくは少なくとも約10g/g、さらにより好ましくは少なくとも約14g/gのCSACを有する。典型的には、これらの貯蔵吸収部材は100cmの高さで約5g/g〜約30g/g、より典型的には約7g/g〜約25g/g、さらに典型的には約10g/g〜約20g/gのCSACを有するであろう。
【0181】
要件ではないが、特に好ましい貯蔵吸収部材は200cmで少なくとも約3g/g/hr、より好ましくは少なくとも約4g/g/hr、及び最も好ましくは少なくとも約8g/g/hrの初期有効取り込み速度を有するであろう。典型的には、200cmでの有効取り込み速度は、約3〜約15g/g/hr、より典型的には約4〜約12g/g/hr、さらに典型的には約8〜約12g/g/hrであろう。
【0182】
上記の最小毛管吸引容量は本発明の貯蔵吸収部材にとって重要であるが、これらの部材はさらに好ましくは(必ずではないが)、ゼロヘッド圧(即ち、キャプソープション試験において0cmで)において少なくとも約15g/gの毛管吸着吸収容量を有するであろう。別の好ましい実施形態では、貯蔵吸収部材は現在、上記の少なくとも2つの吸引高さで必要なg/g取り込みを示すであろう。即ち、例えば好ましい貯蔵吸収部材は2以上の下記の特性を有するであろう:(i)35cmの高さで少なくとも約10g/g、好ましくは少なくとも約13g/g、より好ましくは少なくとも約20g/g、さらにより好ましくは少なくとも約22g/gの毛管吸着吸収容量(CSAC);(ii)50cmの高さで少なくとも約8g/g、好ましくは少なくとも約11g/g、より好ましくは少なくとも約15g/g、さらにより好ましくは少なくとも約19g/gのCSAC;(iii)80cmの高さで少なくとも約6g/g、好ましくは少なくとも約9g/g、より好ましくは少なくとも約12g/g、さらにより好ましくは少なくとも約15g/gのCSAC;(iv)100cmの高さで少なくとも約5g/g、好ましくは少なくとも約7g/g、より好ましくは少なくとも約10g/g、さらにより好ましくは少なくとも約14g/gのCSAC。
【0183】
本発明のために適合する貯蔵吸収部材を説明するためのさらにもう1つの方法は、高毛管吸引容量貯蔵吸収部材が高い中間吸収圧を必要とすることである。材料の中間吸収圧は、それに対して材料が50%の毛管吸収効率を有している圧力であると定義されており、試験方法の部で説明する毛管吸収試験で材料が試験で最大吸収容量の50%を達成する、そしてCSAH50と呼ばれる高さを決定することによって測定される。
【0184】
本発明のために適合する好ましい貯蔵吸収部材は、0cmの高さで少なくとも約15g/g、好ましくは少なくとも約20g/g、より好ましくは少なくとも約25g/g、さらに最も好ましくは少なくとも約35g/gの毛管吸着吸収容量を有し、さらに少なくとも35cm、好ましくは少なくとも45cm、より好ましくは少なくとも60cm、最も好ましくは少なくとも80cmの中間毛管吸収高さCSAH50を有する高毛管吸引容量貯蔵吸収部材である。
【0185】
<貯蔵吸収部材要件を達成するための材料>
<高表面積材料>
本発明のために有用な貯蔵吸収部材は、好ましくは高表面積材料を具備する。それ自体が若しくは例えばヒドロゲル形成吸収性ポリマーのような他の要素と組合せて高毛管吸着吸収容量を具備した部材を提供するのがこの高表面積材料である。ここで考察するように、高表面積材料を少なくとも1つに関して、それらの毛管吸着吸収容量(部材中に存在する場合はヒドロゲル形成ポリマー又はその他の例えば接着剤、結合剤その他のような実際の吸収性部材に含まれる他の任意の材料を含まずに測定される)によって説明する。高表面積を有する材料は極めて高い吸引高さ(例、100cm以上)で取り込み能力を有する可能性があることは認識されている。これによって高表面積材料は下記の機能の1つ若しくは両方を提供することができる:i)液体から例えば浸透圧吸収剤のような吸収剤への毛管経路、及び/又はii)追加の吸着容量。従って、高表面積材料は重量若しくは容積当たりのそれらの表面積によって説明できるが、ここでは出願人は高表面積材料を説明するために代わりに毛管吸着吸収容量を使用するが、それは毛管吸着吸収容量は一般に本発明の吸収性部材に改良吸収体を提供するために必要な吸引容量を提供する性能パラメータであるためである。一定の高表面積材料、例えばガラス超極細繊維はそれら自体では実際的にすべての高さで、特に極めて高い高さ(例、100cm以上)では高毛管吸着吸収容量を示さないであろうことは認識されるであろう。それでも、そうした材料は相当に高い高さでさえ必要な毛管吸着吸収容量を提供するためにヒドロゲル形成吸収性ポリマー若しくはその他の吸収剤に液体の望ましい毛管経路を提供する可能性がある。
【0186】
十分な毛管吸着吸収容量を有するあらゆる材料は本発明の貯蔵吸収部材において有用であろう。これに関連して、用語「高表面積材料」はそれ自体(即ち浸透圧吸収剤若しくは貯蔵吸収部材を作り上げる何れか他の任意の材料を含まずに測定された場合に)が1以上の下記の毛管吸着吸収容量を示すあらゆる材料を意味する:(I)100cmの吸引高さでの少なくとも約2g/g、好ましくは少なくとも約3g/g、さらにより好ましくは少なくとも約4g/g、及びさらにより好ましくは100cmの高さでの少なくとも約6g/gの毛管吸着吸収容量;(II)35cmの高さでの少なくとも約5g/g、好ましくは少なくとも約8g/g、より好ましくは少なくとも約12g/gの毛管吸着吸収容量;(III)50cmの高さでの少なくとも約4g/g、好ましくは少なくとも約7g/g、より好ましくは少なくとも約9g/gの毛管吸着吸収容量;(IV)140cmの高さでの少なくとも約1g/g、好ましくは少なくとも約2g/g、より好ましくは少なくとも約3g/g、さらにより好ましくは少なくとも約5g/gの毛管吸着吸収容量;又は(V)200cmの高さでの少なくとも約1g/g、好ましくは少なくとも約2g/g、より好ましくは少なくとも約3g/g、さらにより好ましくは少なくとも約5g/gの毛管吸着吸収容量。
【0187】
ある実施形態では、高表面積材料は、例えばヒドロゲル形成吸収性ポリマーのような他の吸収剤若しくは他の浸透圧吸収剤を結合したときに繊維性ウェブ若しくは繊維性マトリックスを提供できるように、性質が繊維性であろう(これ以後は「高表面積繊維」と呼ばれる)。或いは又、特に好ましい実施形態では、高表面積材料は開放セル親水性ポリマー・フォームであろう(これ以後は「高表面積ポリマー・フォーム」又はより一般的に「ポリマー・フォーム」と呼ばれる)。これらの材料について下記で詳細に説明する。
【0188】
<高表面積繊維>
本発明において有用である高表面積繊維には、天然に発生する(変性若しくは非変性)繊維並びに合成により作られた繊維が含まれる。高表面積繊維は、例えば木材パルプ繊維のような吸収体に典型的に使用される繊維よりはるかに大きい表面積を有する。本発明で使用される高表面積繊維は、望ましくは親水性であろう。ここで使用するように、用語「親水性」は、これらの繊維上に沈着した水性液(例、水性体液)によって湿潤可能である繊維、又は繊維の表面を説明する。親水性及び湿潤性は、典型的には液体及び含まれる固体の接触角度及び表面張力によって定義される。これはRobert F. Gouldによって編集された「接触角度、湿潤性及び粘着(Contact Angle, Wettability and Adhesion)」と題する米国化学会(ACS)の出版物において詳細に考察されている。繊維、若しくは繊維の表面は、どちらの状態も通常は共存するが、液体と繊維若しくはその表面の間の接触角度が90°未満である、又は液体が繊維の表面を横切って自然に広がる傾向を示すのどちらかのときに液体によって湿潤される(即ち、親水性である)と言われる。これとは逆に、繊維若しくは表面は接触角度が90°以上、及び液体が繊維の表面を横切って自然に広がらないときに疎水性であると見なされる。ここで有用な繊維の親水性の性質は繊維において固有のものであってよいが、又は繊維がそれらを親水性にするために処理されている生来の疎水性繊維であってもよい。生来の疎水性繊維に親水性の性質を提供するための材料及び方法はよく知られている。
【0189】
ここで有用な高表面積繊維は、下記で説明するポリマー・フォームと同一範囲内の毛管吸引非表面積を有するであろう。しかし、典型的には高表面積繊維は周知のBET表面積によって特徴付けられる。
【0190】
ここで有用な高表面積繊維は、例えばエヴァナイト ファイバー社(Evanite Fiber Corp.)(Corvallis、オレゴン州)から入手可能なガラスウールのようなガラス超極細繊維が含まれる。ここで有用なガラス超極細繊維は、典型的には約0.8μm未満、より典型的には約0.1μm〜約0.7μmのの繊維径を有するであろう。これらの超極細繊維は、少なくとも約2m2/g、好ましくは少なくとも約3m2/gの表面積を有するであろう。典型的には、ガラス超極細繊維の表面積は約2m2/g〜約15m2/gであろう。ここで使用するための代表的ガラス超極細繊維は、約0.5μmの公称繊維径を有する104型ガラス繊維のようなエヴァナイト ファイバー社から入手できるものである。これらのガラス超極細繊維は約3.1m2/gの算出表面積を有する。
【0191】
ここで有用なもう1つのタイプの高表面積繊維はフィブリル化されたセルロース・アセテート繊維である。これらの繊維(これ以後は「フィブレット」と呼ばれる)は吸収体技術において一般に使用されるセルロース由来繊維に比較して高表面積を有する。そうしたフィブレットは、それらの粒径幅が典型的には約0.5〜約5μmであるように、極めて小さな径領域を有する。これらのフィブレットは、典型的には約20m2/gの総表面積を有する。ここで高表面積材料として有用な代表的フィブレットはセルロース・アセテートFibrets(登録商標)としてヘキスト セラニーズ社(Hoechst Celanese Cop.)(シャルロット、ノースカロライナ州)から入手できる。それらの物理的特性及びそれらの調製方法を含むフィブレットについての詳細な考察については、それらの各々の開示が参照してここに組み込まれる「セルロース・アセテート・フィブレット:高表面積を具備したフィブリル化パルプ(Cellulose Acetate Fibrets:A Fibrillated Pulp With High Surface Area)」,Smith,J.E., Tappi Journal,Dec.1988,p.237;及び1996年1月23日に発行された米国特許第5,486,410号(Groegerら)を参照。
【0192】
これらの繊維に加えて、当業者であれば吸収性技術において周知の他の繊維をここで使用するための高表面積繊維を提供するために変性できることを認識するであろう。本発明によって必要とされる高表面積を達成するために変性できる代表的な繊維は上記の米国特許第5,599,335号に開示されている(特に、第21‐24欄を参照)。
【0193】
利用された高表面積繊維の性質とは無関係に、繊維及び例えば浸透圧吸収剤のような他の吸収性材料は結合される前の別個の材料であろう。ここで使用する用語「別個の」は、高表面積繊維及びその他の吸収剤が貯蔵吸収部材を形成するために結合される前に各々形成されることを意味する。言い換えると、高表面積繊維は他の吸収剤と一緒に混合することに引続いて形成されるのでも、他の吸収剤が高表面積繊維との結合後に形成されるのでもない。別個の各コンポーネントの結合は、高表面積繊維が望ましい形態を有し、さらにより重要なことに望ましい表面積を有することを保証する。
【0194】
<高表面積ポリマー・フォーム>
ここで有用な高表面積ポリマー・フォームについてそれらの物理的特性の幾つかの点に関して下記で説明する。これらの一定の特性を測定するためには、シート径でのフォームについて分析を実施することが必要である。従って、フォームが粒子形で使用されるが、前以て形成されたシートから調製される限りにおいて、物理的特性の測定はシート・フォーム上(即ち粒子を形成する前に)で実施されるであろう。フォームが重合プロセス中にイン サイチュで粒子(若しくはビーズ)に成形される場合は、そうした測定を行う目的で類似のフォーム(化学組成、セルサイズ、W:O比、その他に関して)をシートに成形することができる。
【0195】
本発明の高毛管吸引貯蔵吸収部材において有用な高表面積ポリマー・フォームは本技術において知られている。特に好ましいフォームは、例えば米国特許第5,387,207号及び米国特許第5,650,222号に記載されているように高内相W/O型エマルジョンを重合することによって入手されるものである。その他の特に好ましいポリマー・フォームはその各々の開示が参照してここに組み込まれる「高吸引ポリマー・フォーム材料(HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS)」と題するT. DesMaraisらによって1998年3月 日に出願された同時係属出願の米国特許出願第 号(P&G事件 )及び「水性液を分散させるための吸収性材料(ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)」と題するT. DesMaraisらによって1998年3月 日に出願された同時係属出願の米国特許出願第 号(P&G事件 )により詳細に記載されている。(これらの同時係属出願の1若しくは両方に記載された特に好ましいフォームは下記の実施例の項で説明される)ここで有用なポリマー・フォームは相当に開放セル状のものである。これは、フォームの個々のセルの多くが隣接するセルと妨害されずに連絡していることを意味する。そうした相当に開放セル上フォーム構造におけるセルは、1つのセルから他のセルへフォーム構造内での容易な液体移動を許容するのに十分な大きさであるセル間開口部若しくは「ウィンドウ」を有する。
【0196】
これらの相当に開放セル状のフォーム構造は、一般的には複数の相互に連絡している三次元的に分岐しているウェブによって限定されている個々のセルを具備した網状の特徴を有する。これらの分岐形ウェブを作り上げているポリマー材料のストランドは、「ストラット」と呼ぶことができる。本発明のために、最も好ましいフォーム材料は、フォーム構造において少なくとも1つの隣接セルと液体連絡しているサイズが少なくとも1μmであるセルを少なくとも約80% 有するであろう。
【0197】
開放セル状であることに加えて、これらのポリマー・フォームはフォームが水性液を吸収することを許容するために十分に親水性である。フォーム構造の内面は、下記で説明するように重合後にフォーム構造内に残されている残留親水性化界面活性剤によって、又は選択された重合後フォーム処理方法によって親水性にさせられる。
【0198】
これらのポリマーフォームが「親水性」である程度は、吸収性試験液と接触したときに示される「付着張力」値によって定量できる。これらのフォームによって示される付着張力は、例えば合成尿のような試験液の取り込み重量を既知の寸法及び毛管吸引比表面積を有するサンプルについて測定する方法を使用して実験的に測定することができる。そうした方法は、参照してここに組み込まれる以下にて米国特許第5,387,207号の試験方法の部に詳細に説明されている。本発明における高表面積材料として有用であるフォームは、一般に65±5ダイン/cmの表面張力を有する合成尿の毛管吸引取り込みによって測定される約15〜約65ダイン/cm、より好ましくは約20〜約65ダイン/cmの付着張力値を示すものである。
【0199】
ここで有用なポリマーフォームは、好ましくは崩壊した(即ち、膨張していない)形状で調製することができ、ポリマーフォームは、水性液と接触するとそうした液体を吸収し、吸収された量が毛管圧に封圧を加えた結合圧をフォームの膨張圧(下記で説明する)より下へ下がると膨張する。これらの崩壊したポリマー・フォームは通例は圧縮力を通して重合HIPEフォームから水相を絞り出すこと、及び/又は熱乾燥及び/又は真空脱水によって入手される。圧縮後、及び/又は熱乾燥及び/又は真空脱水後に、ポリマーフォームは崩壊した、若しくは膨張していない状態になる。
【0200】
そこから圧縮によって水が絞り出される代表的な崩壊したHIPEフォームのセル構造は上記の米国特許第5,650,222号の図3及び4の顕微鏡写真で示されている。これらの図から示されるように、フォームのセル構造は、特に’222特許の図1及び2に示されている膨張したHIPEフォーム構造と比較すると変形している。同様に’222特許の図3及び4から明らかなように、崩壊したフォーム構造における空隙若しくは孔(暗い領域)は平たくなっているか細長くなっている。(’222特許に描出されているフォームはシート形であることが注目される;下記で説明するように、ここではシート形のフォームが有用であるが、ある好ましい実施形態では、フォームは粒子形であろう)別のここで有用なHIPE由来フォームのセル構造(その膨張状態における)はここでは図3及び4に描出されている。この特定フォーム及び関連フォームの調製はここでは実施例2〜4で説明され、さらにこれらの超高表面積フォームはその各々の開示が参照してここに組み込まれる「高吸引ポリマー・フォーム材料(HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月 日に出願された同時係属出願の米国特許出願第 号(P&G事件 )及び「水性液を分散させるための吸収性材料(ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月 日に出願された同時係属出願の米国特許出願第 号(P&G事件 )により詳細に記載されている。
【0201】
圧縮及び/又は熱乾燥/真空脱水に続いて、崩壊したポリマー・フォームは水性液によって浸潤すると再膨張することができる。驚くべきことに、これらのポリマー・フォームは例えば少なくとも約1年間までの有意な期間に渡りこの崩壊した、又は膨張していない状態のままでいる。これらのポリマー・フォームがこの崩壊した/膨張していない状態のままでいる能力は、毛管力、及び特にフォーム構造内で発生する毛管圧によるものであると考えられる。ここで使用するように、「毛管圧」はフォームにおける孔の狭い範囲内での半月形の湾曲に起因する液体/空気界面を超える圧力差を意味する。[Chatterjee,「吸収性(Absorbency)」Textile Scienc and Technology,Vol.7, 1985, p.36を参照]
圧縮、及び/又は実際的程度への熱乾燥/真空脱水後、これらのポリマー・フォームはその中に組み込まれた吸湿性の水化塩に関連する水和の水、並びにフォーム内に吸収された自由水の両方を含む残留水を有する。この残留水(水化塩によって補助された)は結果として生じた崩壊したフォーム構造に毛管圧を発揮すると考えられる。本発明の崩壊したポリマー・フォームは、72°F(22℃)及び相対湿度50%の周囲条件で貯蔵されたときにフォームの重量で少なくとも約4%、典型的には約4〜約40%の残留水含量を有する可能性がある。好ましい崩壊したポリマー・フォームはフォームの重量で少なくとも約5〜約30%の残留水含量を有する。
【0202】
これらのフォームの重要なパラメータはそれらのガラス転移温度である。Tgはポリマーのガラス状態とゴム状態の間の転移の中間点を表す。使用温度より高いTgを有するフォームは極めて強力であり得るが、しかし又剛性で潜在的に破損する傾向を有する可能性もある。そうしたフォームはさらに又より長い期間、崩壊した状態で貯蔵した後にポリマーのTgより冷たい水溶液で湿潤すると、膨張した状態に戻るのに典型的に長い時間を要する。特に強さ及び柔軟性の機械的特性の望ましい組合せは、これらの望ましい特性を達成するための典型的には相当な選択的範囲のモノマーのタイプ及びレベルを必要とする。
【0203】
本発明のために有用なフォームについては、Tgはそのフォームが使用中の温度において容認できる強さを有する限りにおいてできる限り低くなければならない。従って、モノマーはできる限りより低いTgを有する対応するホモポリマーを提供するように選択される。アクリレート及びメタクリレートコモノマー類上のアルキル基の鎖長は同族ホモポリマーシリーズのTgから予想されるより長い可能性があることが発見されている。詳細には、アクリル酸アルキル若しくはメタクリル酸アルキル系ホモポリマーの同族シリーズは8炭素原子の鎖長で最小Tgを有することが発見されている。それに比べて、本発明の共重合体類の最小Tgは約12炭素原子の鎖長で発生する。(アクリル酸アルキル及びメタクリル酸アルキルの代わりにアルキル置換スチレンモノマー類を使用できるが、それらの入手可能性は現在は大きく限定されている。)
ポリマーのガラス転移領域の形状、即ち温度の関数としてそれが狭いか広いかということも又重要である場合がある。このガラス転移領域形状は、特にポリマーの使用中温度(たいていは周囲温度若しくは体温)がTgである若しくはそれに近い場合に重要である。例えば、転移領域が広いことは使用中温度において転移が不完全であることを意味する。典型的には、転移が使用中温度で不完全な場合は、ポリマーはより大きな剛性を示し、より柔軟性が低くなるであろう。これとは逆に、転移が使用中温度で完了しているならば、その後は水溶液で湿潤するとポリマーは圧縮からのより迅速な回復を示すであろう。従って、ポリマーのTg及び転移領域の幅を望ましい機械的特性を達成するためにコントロールすることが望ましい。一般に、ポリマーのTgは使用中温度より少なくとも10℃下であることが好ましい。(Tg及び転移領域の幅は、米国特許第5,565,222号に記載されているように動的機械分析(DMA)測定からの損失タンジェント対温度曲線から引き出される)。
【0204】
高表面積材料は一般にそれらの毛管吸着吸収容量によって説明されてきたが、ここで有用な高表面積ポリマー・フォームはさらに又それらの毛管吸引比表面積(これ以後は「CSSSA」と呼ばれる)によっても説明することができる。一般に、CSSSAはバルクフォーム材料(ポリマー構造材料に固体残留材料を加えたもの)の単位質量当たりの粒子フォームを形成するポリマー網の試験液接触可能表面積の尺度である。毛管吸引比表面積は、フォーム内のセル単位の寸法及びポリマーの密度の両方によって決定され、従ってそうした面積が吸収性に関係する程度についてフォーム網によって提供される個体表面の総量を定量する方法である。ここで有用なフォームを特徴付けるために、CSSSAは貯蔵吸収部材に組み込まれたときにはフォームが粒子形である場合でさえ、当該のフォームのシート上で測定される。
【0205】
フォームのCSSSAは、特にフォームが本発明の貯蔵吸収部材を調製するときに使用するために必要な毛管吸引を提供するかどうかにとって重要である。これは、フォーム構造内で発生する毛管圧が毛管吸引比表面積に比例するためである。さらに、CSSSAは、水性液で浸潤するまで崩壊した状態で維持するためにフォーム構造内で適正な毛管圧が発生するかどうかにとっても重要である。例えばフォーム密度及び付着張力のような他の要素が一定であると仮定すると、これは、CSSSAが増加(若しくは減少)すると、フォーム構造内の毛管圧も又比例して増加(若しくは減少)することを意味する。
【0206】
本発明のために、CSSSAは既知の質量及び寸法のフォームサンプル内で発生する低表面張力液体(例、エタノール)の毛管取り込み量を測定することによって決定される。フォーム比表面積を決定するためのそうした方法の詳細な説明は参照して組み込まれる米国特許第5,387,207号の試験方法の部に記載されている。CSSSAを決定するための合理的なあらゆる代替法も又利用することができる。
【0207】
本発明のために吸収剤として有用な崩壊したポリマー・フォームは、少なくとも約3m2/gのCSSSAを有するであろう。典型的には、CSSSAは約3〜約30m2/g、好ましくは約4〜約17m2/g、最も好ましくは約5〜約15m2/gの範囲内である。そうしたCSSSA値を有するフォーム(約0.010〜約0.033m2/gの膨張した状態の密度を有する)は一般に、例えば尿のような水性液に対する吸収容量、液体保持及び液体ウイッキング若しくは分散特性の特に望ましいバランスを有するであろう。さらにそうしたCSSSAを有するフォームは、そうした水性液で浸潤するまで崩壊した膨張していない状態でフォームを維持するために十分な毛管圧を発生することができる。
【0208】
上記のように、特に好ましい崩壊可能なポリマー・フォームについては、それらの崩壊した状態ではフォーム構造内で発生する毛管圧は少なくとも圧縮されたポリマーの弾性回復若しくはモジュールによって発揮される力と等しい。これを言い換えると、崩壊したフォームを相当に薄く維持するために必要な毛管圧は、それが「跳ね返る」ことを試みるときに圧縮されたポリマー・フォームによって発揮される対抗力によって測定される。ポリマー・フォームの弾性回復傾向は、膨張したフォームがその最初の膨張した厚さの約1/6(17%)に圧縮され、その後弛緩応力値が測定されるまでこの圧縮された状態に維持される応力−歪み実験から推定できる。或いは又、及び本発明のために、弛緩応力値は例えば水のような水性液と接触したとき崩壊した状態にあるポリマー・フォーム上での測定から推定される。この代替弛緩応力値はこれ以後フォームの「膨張圧」と呼ばれる。本発明の崩壊したポリマー・フォームについての膨張圧は約50キロパスカル(kPa)以下及び典型的には約7〜約40kPaである。フォームの膨張圧を推定するための方法についての詳細な説明は米国特許第5,387,207号の試験方法の部に記載されている。
【0209】
本発明において有用な高表面積ポリマー・フォームのもう1つの重要な特性はそれらの自由吸収容量である。「自由吸収容量」(又は「FAC」)は、サンプル内の固形材料の単位質量当たりのそのセル構造内に一定のフォームサンプルが吸収する試験液(合成尿)の総量である。本発明の貯蔵吸収部材において特に有用であるためには、ポリマー・フォームは乾燥フォーム材料1グラム当たり合成尿約30〜約100ml、好ましくは約30〜約75mlの自由吸収容量を有していなければならない。フォームの自由吸収容量を測定するための方法は、以下にて米国特許第5,650,222号の試験方法の部に記載されている。
【0210】
水性液に暴露すると、好ましい崩壊したポリマー・フォームは液体を吸収して膨張する。ポリマー・フォームは、それらの膨張した状態では、ほとんどの他のフォームより多量の液体を吸収する。これらのフォームについての「膨張係数」は少なくとも約4倍、即ちその膨張した状態にあるフォームの厚さはその崩壊した状態にあるフォームの厚さの少なくとも約4倍である。崩壊したフォームは、好ましくは約4倍〜約15倍、より好ましくは約5倍〜約10倍の範囲内の膨張係数を有する。
【0211】
本発明のためには、圧縮して脱水されるフォームについての膨張した厚さと崩壊した厚さとの間の関係は下記の式から経験的に予想することができる:
厚さ(膨張した)=厚さ(崩壊した)×((0.133×W:O比)±2)
式中:厚さ(膨張した)は膨張した状態にあるフォームの厚さである;
厚さ(崩壊した)は崩壊した状態にあるフォームの厚さである;
及びW:O比はそれからフォームが作られるHIPEの水対油比である。従って、60:1の水対油比を具備したエマルジョンから作られた典型的ポリマー・フォームは8.0の予測膨張係数を有するであろう、即ち膨張した厚さはフォームの崩壊した厚さの8倍である。膨張係数を測定するための方法は以下にて米国特許第5,650,222号の試験方法の部に記載されている。
【0212】
本発明において有用な高表面積ポリマー・フォームの重要な機械的特徴は、圧縮偏向に対する抵抗性(RTCD)によって測定される、それらの膨張した状態における強さである。ここでフォームによって示されるRTCDはポリマー・モジュール、並びにフォーム網の密度及び構造の関数である。ポリマー・モジュールは、順に下記によって測定される:a)ポリマーの組成;b)その下でフォームが重合される条件(例えば、特に架橋結合に関して、入手される重合の完全さ);及びc)例えば加工処理後にフォーム構造に残されている乳化剤のような残留材料によってポリマーが可塑化される程度。
【0213】
本発明の吸収性部材の高表面積部分として有用であるためには、ポリマー・フォームは使用中に遭遇する力による変形若しくは圧縮に適切に抵抗性でなければならない。RTCDに関して十分なフォーム強さを有していないフォームは非負荷条件下では必要な毛管吸引容量を提供する可能性はあるが、フォームを含有する吸収体の使用者の運動及び活動によって惹起される圧縮性応力下ではそれらの容量を提供しないであろう。
【0214】
本発明において有用なポリマー・フォームによって示されるRTCDは、規定温度及び期間に対して一定の封圧下で保持される飽和フォームのサンプル内で産生する歪みの量を測定することによって定量できる。この特定タイプの試験を実行するための方法は以下にて米国特許第5,650,222号の試験方法の部に記載されている。ここで有用なフォームは、好ましくは65±5ダイン/cmの表面張力を有する合成尿を用いてその自由吸収容量まで飽和させられたときに5.1kPaの封圧がフォーム構造の典型的に約90%以下の歪みを産生するようなRTCDを示すであろう。好ましくはそうした条件下で産生する歪みは約1〜約90%、より好ましくは約1〜約25%、さらにより良好ましくは約2〜約10%、さらにいっそう好ましくは約2〜約5%の範囲内にあるであろう。
【0215】
ここで有用な高表面積ポリマー・フォームはさらにそれらの垂直吊下げ吸着高さ(これ以後は「VHSH」と呼ばれる)によって説明することもできる。X%でのVHSH高さは、フォーム内で0cmでの容量(若しくはFAC)のX%が保持されている場合のcm単位での高さである。原則的にはXはいかなる数値であってもよいが、重要な典型的数値は90%でのVHSHである。VHSHに対する最も再現可能な尺度は、発明者らの経験の範囲内ではX=90%で達成される。当業者には、この単一点の数値が容量対高さのプロットにおいて入手される曲線の形状を十分には表さないことが明白であろう。しかしこの単一点はここで有用なフォームについて実際的な比較点としては役立つ。これに関連して、フォームは典型的には少なくとも約20cm、好ましくは少なくとも約40cm、より好ましくは少なくとも約60cm、さらにいっそう好ましくは少なくとも約70cm、さらによりいっそう好ましくは少なくとも約80cmの平衡90%VHSHを有するであろう。典型的には、好ましいポリマー・フォームは約20〜約90cm、より典型的には約60〜約90cm、さらにより典型的には約70〜約90cm、さらにいっそう典型的には約80〜約90cmの90%VHSHを有するであろう。90%VHSHを測定するための方法は下記の試験方法の部で詳細に説明される。上記で指摘したように、高表面積ポリマー・フォームが粒子形である場合は、例えば浸透圧吸収剤のような他の吸収剤と結合されると、90%VHSHは対応するシート形のフォーム上で測定される(即ち粒子を形成する前に)。重合プロセス中にフォームが粒子(若しくはビーズ)に形成される場合は、同様のフォームはフォームの90%VHSHを評価するためにシートに成形することができる。
【0216】
フォーム・セル、及び特に相当にモノマーを含まない水相液滴を取り囲んでいるモノマー含有油相を重合することによって形成されるセルは、しばしば実質的に形状が球形であろう。そうした球状セルのサイズ若しくは「径」は一般にフォームを特徴付けるために一般に使用されるパラメータである。一定のポリマー・フォームのサンプル中のセルは必ずしもほぼ同一サイズではないので、平均セルサイズ、即ち平均セル径がしばしば特定される。
【0217】
フォームの平均セルサイズを測定するためには数多くの方法を利用できる。しかしフォーム中のセルサイズを測定するために最も有用な方法にはフォームサンプルの走査電子顕微鏡写真に基づいた単純な測定が含まれる。
【0218】
ここで与えられるセルサイズの測定値は、例えば米国特許第5,650,222号の図1に示されているように、膨張した状態でのフォームの数平均セルサイズに基づいている。本発明に従って有用なフォームは、好ましくは約80μm以下、及び典型的には約5〜約50μmの数平均セルサイズを有するであろう。
【0219】
「フォーム密度」(即ち空気中のフォーム容積1立方センチメートル当たりのフォームのグラム)はここでは無水ベースで特定される。吸収された水溶性残留材料、例えばHIPE重合、洗浄及び/又は親水性化後にフォーム内に残っている残留塩類及び液体の量は、フォーム密度を計算及び表示するときには無視される。しかし、フォーム密度は、重合されたフォーム内に存在する乳化剤のような他の水に不溶性の残留材料を含む。そうした残留材料は、実際にフォーム材料にとっての有意な質量に寄与する可能性がある。
【0220】
フォーム密度を測定するためには、フォーム構造の単位容積当たりの固形フォーム材料の質量の測定法を提供するあらゆる適切な重量測定方法を使用できる。例えば上記の1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(Dyerら)の試験方法の部により十分に記載されているASTM重量測定方法は、密度測定に使用できる1つの方法である。それらの崩壊した状態では、本発明に有用なポリマー・フォームは約0.1〜約0.2g/cm3、好ましくは約0.11〜約0.19g/cm3、及び最も好ましくは約0.12〜約0.17g/cm3の範囲内の無水ベース密度値(何れかの残留塩類及び/又は水を除く)を有する。それらの膨張した状態では、ここで有用なポリマー・フォームは約0.01〜約0.033g/cm3、好ましくは約0.013〜約0.033g/cm3の範囲内の無水ベース密度値を有する。
【0221】
垂直ウイッキング、即ち重力と反対の方向への液体ウイッキングは、ここで有用なポリマー・フォームのために望ましい性能属性である。本発明のためには、垂直ウイッキング率は材料の浸透率、従って材料が例えばヒドロゲル形成吸収性ポリマー若しくは他の浸透圧吸収剤のような他の吸収剤へ液体を送達する能力の反映である。
【0222】
垂直ウイッキング率は、リザーバ内の着色試験液(例、合成尿)が特定サイズのフォームの試験ストリップを通して5cmの垂直距離をウィックするために要する時間を測定することによって測定される。垂直ウイッキング法は米国特許第5,387,207号の試験方法の部により詳細に記載されているが、37℃の代わりに31℃で実施される。尿を吸収するために吸収性部材で特に有用であるためには、ここで有用なフォームは好ましくは約15分間以内で5cmの高さへ合成尿をウィックするであろう(65+5ダイン/cm)。より好ましくは、本発明の好ましいフォーム吸収剤は合成尿を約10分間以内で5cmの高さへウィックする。
【0223】
垂直ウイッキング吸収容量試験は、垂直ウイッキング試験で使用されたのと同一標準サイズフォームサンプルの各1インチ(2.54cm)垂直部分内に保持される吸収性フォーム1グラム当たりの試験液の量を測定する。そうした測定は、一般にサンプルが平衡するまで(例、約18時間後)試験液を垂直にウィックさせた後に行われる。垂直ウイッキング試験と同様に、垂直ウイッキング吸収容量試験は、上記の1995年2月7日に発行された米国特許第5,387,207号(Dyerら)の試験方法の部により十分に記載されている。高い高さでの高い垂直ウイッキング吸収容量は、理論的には高い高さでの高い毛管吸着吸収容量と同等である。ここで有用なフォームのシート形は先の試験に影響を受けやすく、先の試験はより容易かつ安価で実施されるので、本発明のフォームのこの重要なパラメータを特徴付ける手段としては先の試験からのデータが推奨される。
【0224】
高毛管吸引フォームは例えば浸透圧吸収剤(例、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー)のような他の吸収剤と結合されたときにはシート形である可能性があるが、特に好ましい実施形態ではポリマー・フォームは粒子形であり、混合物を提供するためにヒドロゲル形成ポリマーの粒子と混合されるであろう。即ち、フォームは最初はシート形で調製されるが、これらのシートはフォームの粒子を提供するために加工処理することができ、フォームはその後ヒドロゲル化ポリマーと結合される。上記で考察したように、ここで有用なフォーム及びそれらの調製のためのプロセスは米国特許第5,387,207号、「高吸引ポリマー・フォーム材料(HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月 日に出願された同時係属出願の米国特許出願第 号(P&G事件 )及び「水性液を分散させるための吸収性材料(ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)」と題するT.A.DesMaraisらによって1998年3月 日に出願された同時係属出願の米国特許出願第 号(P&G事件 )に極めて詳細に記載されている。フォーム粒子は、まず最初にこれらの参考文献の教示に従ってシート状のフォームを形成し、その後望ましい寸法の粒子を提供するためにフォームを機械的に加工処理すること(例、微粉化、切削、みじん切りその他)によって調製することができる。或いは又、フォーム粒子は例えばそれら各々の開示が参照してここに組み込まれる1997年8月5日にLiらに発行された米国特許第5,653,922号及び1996年12月10日にLiらに発行された米国特許第5,583,162号に記載されているようにポリマー微小ビーズの形でエマルジョンから直接調製することができる。ポリマー・フォーム/ヒドロゲル形成ポリマー混合物製造における特定実施例については下記でより詳細に考察する。
【0225】
出願人はさらに又、高表面積フォームが任意で貯蔵吸収部材の他の吸収剤若しくは浸透圧吸収剤への尿の移動を増加させられるようにある液体を具備することができることを発見した。予備湿潤液体はポリマー・フォームを部分的に充填し、さらに特別な理論に結び付けることを希望せずとも、フォームの取り込み率を増加させる。理想的には、予備湿潤液体を具備するポリマー・フォームは、微生物増殖を防止して揮発水の損失を防止し、さらに経時的にフォームから移動しないように十分に低い水活性とともに貯蔵安定性でなければならない。水は、吸収性能を提供するための予備湿潤液としては使用できるが、単独では他の要件を満たすことができない。
【0226】
<ヒドロゲル形成吸収性ポリマー>
本発明の貯蔵吸収部材は、さらに好ましくは少なくとも1つのヒドロゲル形成吸収性ポリマー(ヒドロゲル形成ポリマーとも呼ばれる)を具備する。本発明において有用なヒドロゲル形成ポリマーには様々な水に不溶性の、だが大量の液体を吸収することのできる水湿潤性ポリマーが含まれる。そうしたヒドロゲル形成ポリマーは本技術において周知であり、さらにこれらの材料はいずれも本発明の高毛管吸引吸収性部材において有用である。
【0227】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマー材料は、一般的に「親水コロイド」若しくは「高吸収性」材料とも呼ばれており、例えばカルボキシメチルデンプン、カルボキシメチルセルロース、及びヒドロキシプロピルセルロースのような多糖類;ポリビニルアルコール及びポリビニルエーテル類のような非イオン性タイプ;ポリビニルビニリデン、ポリビニルモルホリニオン、及びN,N−ジメチルアミノエチル若しくはN,N−ジエチルアミノプロピルアクリレート類及びメタクリレート類のようなカチオン性タイプ及びそれらの各第四級塩類を含むことができる。典型的には、本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、スルホン酸のような複数のアニオン性官能基、及びより典型的にはカルボキシ基を有する。ここで使用するために適切なポリマー類の例には、重合可能な不飽和の酸含有モノマーから調製されるものが含まれる。従って、そうしたモノマー類には、少なくとも1個の炭素−炭素オレフィン二重結合を含有するオレフィン不飽和の酸及び無水物を含有する。より詳細には、これらのモノマー類はオレフィン不飽和のカルボン酸及び酸無水物、オレフィン不飽和のスルホン酸、及びそれらの混合物から選択できる。上記のように、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの性質は本発明の部材にとって決定的に重要ではない。それでも、最適なポリマー材料の選択は本発明の部材の性能特性を増強する可能性がある。下記ではここで有用な吸収性ポリマーの好ましい特性について説明する。これらの特性は制限事項であると解釈するべきではない;むしろ、それらは単に最近数年間に渡って吸収性ポリマー技術において発生してきた進歩を示している。
【0228】
ここでヒドロゲル形成吸収性ポリマーを調製するときに、たいていはごく僅かな量で一部の非酸性モノマーも又含有することができる。そうした非酸性モノマーには、例えば酸含有モノマーの水溶性若しくは水分散性エステル類並びにカルボン酸若しくはスルホン酸基を全く含有していないモノマーが含まれる。従って任意の非酸性モノマーには、下記のタイプの官能基を含有するモノマーを含有することができる:カルボン酸若しくはスルホン酸エステル類、ヒドロキシル基、アミド基、アミノ基、ニトリル基、第四級アンモニウム塩基、アリール基(例、例えばスチレンモノマーに由来するもののようなフェニル基)。これらの非酸性モノマー類は十分周知の材料であり、例えばどちらも参照してここに組み込まれる1978年2月28日に発行された米国特許第4,076,663号(Masudaら)、及び1977年12月13日に発行された米国特許第4,062,817号(Westerman)に極めて詳細に記載されている。
【0229】
オレフィン不飽和のカルボン酸及びカルボン酸無水物モノマー類には、アクリル酸自体、メタクリル酸、エタクリル酸、α−クロロアクリル酸、a−シアノアクリル酸、β−メチルアクリル酸(クロトン酸)、α−フェニルアクリル酸、β−アクリルオキシプロピオン酸、ソルビン酸、α−クロロソルビン酸、アンゲリカ酸、桂皮酸、p−クロロ桂皮酸、β−ステリルアクリル酸、イタコン酸、シトロコン酸、メサコン酸、グルタコン酸、アコニット酸、マレイン酸、フマル酸、トリカルボキシエチレン及びマレイン酸無水物を代表とするアクリル酸類が含まれる。
【0230】
オレフィン不飽和のスルホン酸モノマー類には、例えばビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、ビニルトルエンスルホン酸及びスチレンスルホン酸のような脂肪族若しくは芳香族ビニルスルホン酸類;スルホエチルアクリレート、スルホエチルメタクリレート、スルホプロピルアクリレート、スルホプロピルメタクリレート、2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロピルスルホン酸及び2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸のようなアクリル及びメタクリルスルホン酸が含まれる。
【0231】
本発明において使用するために好ましいヒドロゲル形成吸収性ポリマーはカルボキシ基を含有する。これらのポリマーには、加水分解デンプン−アクリロニトリルグラフト共重合体類、部分的に中和された加水分解デンプン−アクリロニトリルグラフト共重合体類、デンプン−アクリル酸グラフト共重合体類、部分的に中和されたデンプン−アクリル酸グラフト共重合体類、鹸化酢酸ビニル−アクリルエステル共重合体類、加水分解アクリロニトリル若しくはアクリルアミド共重合体類、上記の共重合体類のいずれかの僅かに網状の架橋結合ポリマー類、部分的に中和されたポリアクリル酸、及び部分的に中和されたポリアクリル酸の僅かに網状の架橋結合ポリマー類が含まれる。これらのポリマー類は単独で、又は2以上の相違するポリマー類の混合物の形のどちらかで使用できる。これらのポリマー材料の例は、米国特許第3、661,875号、米国特許第4,076,663号、米国特許第4,093,776号、米国特許第4,666,983号、及び米国特許第4,734,478号に開示されている。
【0232】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを製造するときに使用するために最も好ましいポリマー材料は、部分的に中和されたポリアクリル酸とそれらのデンプン誘導体の僅かに網状の架橋結合ポリマー類である。最も好ましくは、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー類は約50〜約95%、好ましくは約75%の中和された僅かに網状の架橋結合したポリアクリル酸(即ち、ポリ(アクリル酸ナトリウム/アクリル酸))を具備する。網状架橋結合はポリマーを実質的に水に不溶性にし、さらに一部にはヒドロゲル形成吸収性ポリマーの吸収容量及び抽出可能なポリマー含量特性を決定する。これらのポリマーを網状架橋結合するためのプロセス及び典型的網状架橋剤は米国特許第4,076,663号に極めて詳細に記載されている。
【0233】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマーは、好ましくは1つのタイプ(即ち、同質)であるが、ポリマー類の混合物も又本発明において使用できる。例えば、本発明においてはデンプン−アクリル酸グラフト共重合体類と部分的に中和されたポリアクリル酸の僅かに網状の架橋結合したポリマー類との混合物を使用できる。
【0234】
ヒドロゲル形成ポリマーコンポーネントは、さらに又カチオン交換ヒドロゲル形成吸収性ポリマー及びアニオン交換ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを具備する混床式イオン交換組成物の形であってもよい。そうした混床式イオン交換組成物は例えば、その各々の開示が参照してここに組み込まれるHirdらによって1998年1月7日に出願された米国特許出願第 号(P&G事件6975−「装着圧下で高い吸着容量を有する吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE)」と題する);及びAshrafらによって1998年1月7日に出願された米国特許出願第 号(P&G事件6976−「装着圧下で高い吸着容量及び高い液体浸透率を具備した吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY AND HIGH FLUID PERMEABILITY UNDER AN APPLIED PRESSURE)」と題する);及びAshrafらによって1998年1月7日に出願された米国特許出願第 号(P&G事件6977−「装着圧下での高い吸着容量及び膨潤状態での改良完全性を具備した吸収性ポリマー組成物(ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY UNDER AN APPLIED PRESSURE AND IMPROVED INTEGRITY IN THE SWOLLEN STATE)」と題する)により詳細に記載されている。
【0235】
本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマー類は広範囲に渡って変化するサイズ、形状及び/又は形態を有することができる。これらのポリマー類は最大寸法対最小寸法の大きな比率を有さない粒子の形(例えば、顆粒、粉末、粒子分子間凝集体、粒子分子間架橋結合した凝集体その他)であってもよく、さらに繊維、シート、フィルム、フォーム、フレーク及びその他の形であってもよい。ヒドロゲル形成吸収性ポリマー類はさらに又、例えば粉末シリカ、界面活性剤、糊、結合剤及びその他のような低レベルの1以上の添加剤との混合物を具備することができる。この混合物中のコンポーネントは、ヒドロゲル形成ポリマーコンポーネント及び非ヒドロゲル形成ポリマー添加物が容易に物理的に分離可能ではないような形で物理的及び/又は化学的に結合されていてもよい。
【0236】
ヒドロゲル形成吸収性ポリマー類は、本質的に非多孔性(即ち、内部有孔性がない)であってもよいが、又は実質的に内部多孔性を有することもできる。
【0237】
上記のような粒子については、粒径サイズはふるいサイズ分析によって測定される寸法として定義される。従って、例えば710ミクロンの開口部を具備した米国標準試験用ふるい(例、米国連続代替ふるい記号表示第25番)上で保持される粒子は710ミクロンより大きなサイズを有すると考えられる;710ミクロンの開口部を具備したふるいを通過するが500ミクロンの開口部を具備したふるい(例、米国連続代替ふるい記号表示第35番)上に保持される粒子は、500と710μmの間の粒径を有すると考えられる;及び500ミクロンの開口部を具備したふるいを通過する粒子は500μm未満のサイズを持つと考えられる。ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子の一定のサンプルの質量メジアン粒径は質量ベースでサンプルを半分に分ける粒径であると定義されている;即ち、重量でサンプルの半分は質量メジアンサイズより小さな粒径を有し、サンプルの残り半分は質量メジアンサイズより大きな粒径を有するであろう。50%質量値が米国標準試験用ふるいの開口部のサイズに相当しないときには質量メジアン粒径を測定するために典型的には標準粒径プロット法(ここで、一定のふるいサイズの開口部上に保持されるか、若しくは開口部を通過する粒子サンプルの累積重量パーセントが、ふるいの開口部のサイズに対して、紙面上にプロットされる)が使用される。ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子の粒径を測定するためのこれらの方法は、参照してここに組み込まれる1991年10月29日に発行された米国特許第5,061,259号(Goldmanら)に詳細に記載されている。
【0238】
本発明において有用なヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子については、粒子は一般的にサイズが約1〜約2,000μm、より好ましくは約20〜約1,000μmの範囲内であろう。質量メジアン粒径は、一般には約20〜約1,500μm、より好ましくは約50μm〜約1,000μm、さらにいっそうより好ましくは約100μm〜約800μmであろう。
【0239】
本発明の吸収性部材においてヒドロゲル形成吸収性ポリマーの相当に高い濃度(例、重量で40%、60%、又はそれ以上)が利用される場合は、吸収性ポリマーのさらに別の特性が重要になることがある。そうした実施形態では、材料はそれら各々の開示が参照してここに組み込まれる1996年10月8日にGoldmanらに発行された米国特許第5,562,646号、1997年2月4日にGoldmanらに発行された米国特許第5,599,335号によって記載された特性の1つ以上を有する可能性がある。
【0240】
基礎ヒドロゲル形成吸収性ポリマーはいずれかの従来型方法で形成することができる。これらのポリマー類を製造するための典型的かつ好ましいプロセスは、それら全部が参照してここに組み込まれる1988年4月19日に発行された米国再発行特許第32,649号(Brandtら)、1987年5月19日に発行された米国特許第4,666,983号(Tsubakimotoら)、1986年11月25日に発行された米国特許第4,625,001号(Tsubakimotoら)に記載されている。
【0241】
基礎ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを形成するための好ましい方法は、水溶液若しくはその他の溶液重合法を含む方法である。上記で参照した米国再発行特許第32,649号に記載されているように、水溶液重合法は重合を実行するために水性反応混合物の使用を含む。水性反応混合物はその後、混合物中で実質的に水に不溶性の僅かに網状の架橋結合ポリマーを製造するのに十分な重合条件を受ける。形成されたポリマーの塊は、その後個々の粒子を形成するために微粉化されるか、又はみじん切りされる。
【0242】
より詳細には、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーを製造するための水溶液重合法は、その中で重合を実行するために水性反応混合物の調製を具備する。そうした反応混合物の1つの要素は、製造されるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの「バックボーン」を形成するであろう酸性基含有モノマーである。反応混合物は、一般にモノマーの約100重量部を具備するであろう。水性反応混合物の別のコンポーネントは網状架橋剤を具備する。本発明に従ったヒドロゲル形成吸収性ポリマーを形成するうえで有用な網状架橋剤は、上記で参照した米国再発行特許第32,649号、米国特許第4,666,983号及び米国特許第4,625,001号により詳細に記載されている。網状架橋剤は一般に、水性混合物中に存在するモノマーの総モルに基づいて約0.001モルパーセント〜約5モルパーセントの量で水性反応混合物中に存在するであろう(モノマーの100重量部に基づくと、約0.01〜約20重量部)。水性反応混合物の任意のコンポーネントは、例えば過硫酸ナトリウム、カリウム及びアンモニウム、過酸化カプリリル、過酸化ベンゾイル、過酸化水素、クメンヒドロペルオキシド類、第三級ブチルジペルフタレート、第三級ブチルペルベンゾエート、過酢酸ナトリウム、過炭酸ナトリウム及びその他のような過酸素化合物を含むフリーラジカル開始剤を具備する。水性反応混合物のその他の任意のコンポーネントは、必須不飽和酸性官能基含有モノマー類のエステル類又はその他のカルボン酸若しくはスルホン酸官能基を全く含有しないその他のコモノマー類を含む様々な非酸性コモノマー類を具備する。
【0243】
水性反応混合液は、実質的に水に不溶性であるが水膨潤性のヒドロゲル形成吸収剤において僅かに網状の架橋結合ポリマーを製造するために十分である重合条件を受ける。重合条件はさらに又上記の3つの特許においてより詳細に考察されている。そうした重合条件は、一般に約0℃〜約100℃、より好ましくは約5℃〜約40℃の重合温度へ加熱するステップ(熱活性化法)を含む。その下で水性反応混合物が維持される重合条件はさらに又、例えば反応混合物若しくはそれらの部分にいずれかの従来形の重合活性化刺激を受けさせるステップを含むこともできる。X線、電子線、紫外線又は電磁波照射は従来型代替重合法である。
【0244】
水性反応混合物において形成されたヒドロゲル形成吸収性ポリマーの酸性官能基はさらに好ましくは中和される。中和は、塩形成カチオンを用いて中和される酸性基含有モノマー類であるポリマーを形成するために利用される全モノマーの少なくとも25モルパーセント、及びより好ましくは少なくとも約50モルパーセントを生じさせるいずれかの従来型方法で実行できる。そうした塩形成カチオンには、上記で参照した米国再発行特許第32,649号で詳細に考察されているように例えばアルカリ金属、アンモニウム、置換アンモニウム及びアミン類が含まれる。
【0245】
水溶液重合プロセスを使用して特定バージョンのヒドロゲル形成吸収性ポリマーが製造されるのが好ましいが、さらに又例えば逆エマルジョン重合法又は逆懸濁液重合法のような多層重合プロセス法を使用して重合プロセスを実行することも可能である。逆エマルジョン重合法又は逆懸濁液重合法においては、上記のような水性反応混合液が例えばシクロヘキサンのような水に非混和性の不活性有機溶媒の基質中に小さな液滴の形で懸濁させられる。結果として生じるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの粒子は、一般に形状が球形である。逆懸濁液重合法は、それらの全部が参照してここに組み込まれる1982年7月20日に発行された米国特許第4,340,706号(Obayashiら)、1985年3月19日に発行された米国特許第4,506,052号(Flesherら)、及び1988年4月5日に発行された米国特許第4,735,987号(Moritaら)に極めて詳細に記載されている。
【0246】
最初に形成されたポリマー類の表面架橋結合は、本発明の状況において有益である可能性のある相当に高い多孔性ヒドロゲル層(「PHL」)、圧力下性能(「PUP」)容量及び含塩流動伝導性(「SFC」)値を有するヒドロゲル形成吸収性ポリマー類を入手するための好ましいプロセスである。本発明に従ったヒドロゲル形成吸収性ポリマー類の表面架橋結合を実行するために適切な一般方法は、それらの全部が参照してここに組み込まれる1985年9月17日に発行された米国特許第4,541,871号(Obayashi);1992年10月1日に公開されたPCT出願第WO92/16565号(Stanley);1990年8月9日に公開されたPCT出願第WO90/08789号(Tai);1993年3月18日に公開されたPCT出願第WO93/05080号(Stanley);1989年4月25日に発行された米国特許第4,824,901号(Alexander);1989年1月17日に発行された米国特許第4,789,861号(Johnson);1986年5月6日に発行された米国特許第4,587,308号(Makita);1988年3月29日に発行された米国特許第4,734,478号(Tsubakimoto);1992年11月17日に発行された米国特許第5,164,459号(Kimuraら);1991年8月29日に公開された公開ドイツ特許出願第4,020,780号(Dahmen);及び1992年10月21日に公開された公開欧州特許出願第509,708号(Gartner)に開示されている。1996年10月8日に発行された米国特許第5,562,646号(Goldmannら)および1997年2月4日に発行された米国特許第5,599,335号(Goldmannら)も参照のこと。
【0247】
本発明に従って調製されるヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子は、典型的には実質的に乾燥している。用語「実質的に乾燥」は、ここではそれらの粒子が粒子の重量で約50%未満、好ましくは約20%未満、より好ましくは約10%未満の液体含量、典型的には水若しくはその他の溶液含量を有することを意味する。一般に、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー粒子の液体含量は粒子の重量で約0.01%〜約5%の範囲内にある。個々の粒子は例えば加熱によるようないずれかの従来方法で乾燥させることができる。或いは又、粒子が水性反応混合物を使用して形成される場合は、共沸性蒸留によって反応混合物から水を除去することができる。ポリマー含有水性反応混合物は又、メタノールのような脱水溶媒を用いて処理することもできる。これらの乾燥方法の組合せも又使用できる。ポリマーの脱水された塊はその後、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの実質的に乾燥した粒子を形成するためにみじん切りにする、又は微粉化することができる。
【0248】
<高毛管吸引材料の組み合わせ>
上記で説明した材料はそれ自体(例、純粋ヒドロゲル形成材料、又は純粋フォーム材料)で要件を満たすことができるが、貯蔵吸収部材として使用されるために好ましい部材は2以上の材料を具備する。
【0249】
そうした流体貯蔵部材の主要機能は、直接に若しくは他の吸収性部材(例、流体収集/分配部材)から排出された体液を吸収し、その後装着者の運動の結果として通常遭遇する圧力を受けた場合でさえそうした流体を保持することである。
【0250】
従って、高毛管吸引吸収性部材はヒドロゲル形成材料と高表面積材料の組合せによって作ることができる。
【0251】
吸収性部材に含まれるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの量は有意に変動する可能性がある。さらにその上、ヒドロゲルの濃度は一定部材を通しても相違することがある。言い換えると、1つの部材は比較的に高い及び比較的に低いヒドロゲル濃度の領域を有する可能性がある。
【0252】
一定領域の吸収性部材においてヒドロゲル形成吸収性ポリマーの濃度を測定するときには、ヒドロゲル形成ポリマーとヒドロゲル化ポリマーを含有する領域内に存在するいずれかの他のコンポーネント(例えば、繊維、ポリマー・フォーム等)の結合重量に比較したヒドロゲル形成ポリマーの重量パーセントを使用する。これを心に留めると、本発明の吸収性部材の一定領域におけるヒドロゲル形成吸収性ポリマーの濃度は、吸収性部材の総重量に対して少なくとも約50%、少なくとも約60%、少なくとも約70%、又は少なくとも約80%であってよい。
【0253】
吸収性部材の領域が相当に高濃度のヒドロゲル形成吸収性ポリマーを具備することができるという事実にもかかわらず、高表面積材料の性質が繊維性である場合は、一定の吸収性部材における吸収性ポリマーの総濃度(即ち、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの総重量を吸収性部材の総重量で割って100%を掛けたもの)は重量で約75%まで、好ましくは重量で約70%まで、より好ましくは重量で約65%までになるであろう。その後、これらの高表面積繊維含有部材を用いると、ヒドロゲル形成吸収性ポリマーの濃度は重量で約10〜約75%、より典型的には重量で約15〜約70%、さらにより典型的には重量で約20〜約65%になるであろう。
【0254】
高表面積材料がポリマー・フォームである実施形態では、吸収性部材は好ましくは重量で少なくとも約1%(凝集体ベースで)、より好ましくは重量で少なくとも約10%、より好ましくは重量で少なくとも約15%、さらにより好ましくは重量で少なくとも約20%のポリマー・フォームを具備するであろう。典型的には、そうした貯蔵吸収部材は、重量で約1〜約98%、より典型的には重量で約10〜90%、さらにより典型的には重量で約15〜約85%、さらによりいっそう典型的には重量で約20〜約80%のポリマー・フォーム材料を具備するであろう。上記のように、これらの重量%の範囲は吸収性部材における各材料の凝集体重量に基づいている;吸収性部材の領域はより多い及びより少ない量の材料を含む可能性があると認識されている。
【0255】
当然ながら、吸収性ポリマー及び高表面積材料の相対レベルは、例えばヒドロゲル形成吸収性ポリマーの吸収容量、使用される材料の高比表面積、高表面積材料の性質(例、シート若しくは粒子形フォーム、粒径)その他によって指示される。これに関して、高レベルのヒドロゲル形成吸収性ポリマーは上記の必要なレベルの毛管吸引を達成するために薄い吸収体を製造するための吸収性部材を提供するが、そうした吸引容量を提供するためには十分な高表面積材料がなければならない。従って、相当に高い毛管吸引フォームが使用される場合は、高レベルのヒドロゲル形成ポリマーを使用することができる。これとは逆に、相当に低い毛管吸引繊維が使用される場合は、幾らか低レベルのヒドロゲル形成ポリマーが使用されるであろう。(当然ながら、高表面積繊維及びポリマー・フォームの両方が使用される場合は、さらにこれらの材料各々の相対濃度に依存して総高表面積材料のレベルは変動する可能性がある。)一定の吸収性部材で使用されるヒドロゲル形成ポリマーの相違する範囲の原因となるのは、上記のポリマー・フォーム及び高表面積繊維の間の毛管吸着容量における差である。
【0256】
ヒドロゲル形成ポリマーと高表面積繊維及び/又は粒子状ポリマー・フォームの混合物を具備する吸収性部材において混合物の完全性を提供する材料の別の例として、部材は熱可塑性材料を具備することができる。融解すると、この熱可塑性材料の少なくとも1部分は、典型的には粒子間若しくは繊維間毛管勾配のために各部材コンポーネントの交差点へ移動する。これらの交差点は熱可塑性材料のための結合部位になる。冷却されると、これらの交差点にある熱可塑性材料は硬化して材料の基質を一緒に保持する結合部位を形成する。
【0257】
ここで有用な任意の熱可塑性材料は、粒子、繊維、又は粒子及び繊維の組合せを含む様々な形のいずれかであってよい。熱可塑性繊維は、数多くの結合部位を形成するそれらの能力のために特に好ましい形態である。適切な熱可塑性材料は、吸収性部材を具備する材料を広汎に損傷させないであろう温度で融解させることのできるいずれかの熱可塑性ポリマーから作ることができる。好ましくは、この熱可塑性材料の融点は約190℃未満、及び好ましくは約75℃〜約175℃の間であろう。いずれにしても、この熱可塑性材料の融点は、吸収体で使用された場合に熱結合された吸収性構造が貯蔵されると思われる温度より低くてはならない。熱可塑性材料の融点は、典型的には約50℃以上である。
【0258】
熱可塑性材料、及び特に熱可塑性繊維は、例えばポリエチレン(例、PULPEX(登録商標)及びポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリエステル類、コポリエステル類、ポリ酢酸ビニル、ポリ酢酸エチルビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリル類、ポリアミド類、コポリアミド類、ポリスチレン類、ポリウレタン類及び例えば塩化ビニル/酢酸ビニルのような上記のいずれかの共重合体類その他を含む様々な熱可塑性ポリマー類から作ることができる。1つの好ましい熱可塑性結合剤繊維は、商標KITTYHAWK(登録商標)(ウェイアーハオイサー社(Weyerhaeuser CO.)製)の下で販売されている80%セルロース系繊維との約20%混合物としても入手できるPLEXAFIL(登録商標)ポリエチレン超極細繊維(デュポン(DuPont)社製)である。結果として生じる熱結合吸収性部材にとって望ましい特徴に依存して、適切な熱可塑製材料は、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレンのようなポリオレフィン類、ポリアクリル類、ポリアミド類、ポリスチレン類、ポリウレタン類その他に由来する界面活性剤処理若しくはシリカ処理熱可塑性繊維のように親水性にした疎水性繊維を含む。疎水性熱可塑製繊維の表面は、例えば繊維に界面活性剤をスプレーするか、界面活性剤に線維を浸漬するか、又は熱可塑性繊維を製造するときに溶解されたポリマーの一部として界面活性剤を含めることによって、非イオン性若しくはアニオン性界面活性剤のような界面活性剤を用いた処理によって親水性にすることができる。融解及び再凝固すると、界面活性剤は熱可塑性繊維の表面にとどまる傾向を示すであろう。適切な界面活性剤には、デラウエア州ウィルミントンのICI アメリカズ社(ICI Americas,Inc.)によって製造されたBrij(登録商標)76のような非イオン性界面活性剤及びコネティカット州グリニッチのグリコ ケミカル社(Glyco Chemical,Inc.)によって商標ペゴスパース(Pegosperse)(登録商標)の下で販売されている様々な界面活性剤が含まれる。非イオン性界面活性剤の他に、アニオン性界面活性剤も又使用できる。これらの界面活性剤類は例えば熱可塑性繊維1平方センチメートル当たり約0.2〜約1gのレベルで熱可塑性繊維に適用することができる。
【0259】
適切な熱可塑性繊維は単一ポリマーから作ること(一成分繊維)ができる、又は1より大きいポリマーから作ること(例、二成分繊維)ができる。ここで使用するように、「二成分繊維」は、相違するポリマーから作られた熱可塑性シース内に入れられている1種のポリマーから作られたコア繊維を具備する熱可塑性繊維を意味する。シースを具備するポリマーはしばしば、コアを具備しえるポリマーとは相違する、典型的にはより低い温度で融解する。その結果として、これらの二成分繊維はシースポリマーの融解を原因とする熱結合を提供するが、他方ではコアポリマーの望ましい強さ特徴を保持する。
【0260】
本発明で使用するために適切な二成分繊維には、下記のポリマー組合せを有するシース/コア繊維を含むことができる:ポリエチレン/ポリプロピレン、ポリ酢酸エチルビニル/ポリプロピレン、ポリエチレン/ポリエステル、ポリプロピレン/ポリエステル、コポリエステル/ポリエステルその他。ここで使用するために特に適切な二成分熱可塑性繊維は、ポリプロピレン若しくはポリエステルコアとより低い融点のコポリエステル、ポリ酢酸エチルビニル若しくはポリエチレンシースを有するものである(例、DANAKLON(登録商標)、CELBOND(登録商標)若しくはCHISSO(登録商標)二成分繊維)。これらの二成分繊維は同心性であっても偏心性であってもよい。ここで使用するように、用語「同心性」及び「偏心性」は、シースが二成分繊維の断面を通して一様である若しくは一様でない厚さを有するかどうかに関する。偏心性二成分繊維は、繊維の厚さがより小さい場合により高い圧縮強さを提供するときに望ましいことがある。ここで使用するために適切な二成分繊維はどちらかをけん縮しない(即ち、真っ直ぐに伸ばす)又はけん縮する(即ち、曲げる)ことができる。二成分繊維は、典型的には例えば主としては二次元の若しくは「フラットな」けん縮を達成するためのスタッファー ボックス法又はギア・クリンプ法のような典型的な織物手段によってけん縮させることができる。
【0261】
熱可塑製繊維の場合、それらの長さはこれらの繊維にとって望ましい特定融点及びその他の特性に依存して変動することがある。典型的には、これらの熱可塑製繊維は約0.3〜約7.5cm、好ましくは約0.4〜約3.0cm、及び最も好ましくは約0.6〜約1.2cmの長さを有する。また、これらの熱可塑製繊維の融点を含む特性は、繊維の径(キャリパー)を変化させることによって調整できる。これらの熱可塑製繊維の径は、典型的にはデニール(9,000メートル当たりのグラム数)又はデシテックス(10,000メートル当たりのグラム数)のいずれかによって定義される。適切な二成分熱可塑性繊維は、例えば約1.0〜約20、好ましくは約1.4〜約10、及び最も好ましくは約1.7〜約3.3の範囲内のデシテックスを有することができる。
【0262】
これらの熱可塑製材料、及び特に熱可塑製繊維の圧縮モジュールも又重要な可能性がある。熱可塑製繊維の圧縮モジュールはそれらの長さ及び径だけではなく、それらが作られるポリマー又はポリマー類の組成及び特性、繊維の形状や構造(例、同心製若しくは偏心性、けん縮されている又はけん縮されていない)及びその他の要素によっても影響を受ける。これらの熱可塑性繊維の圧縮モジュールにおける差は、吸収性コアの調製中に各吸収性部材の特性、及び特に密度特性を変化させるために使用できる。
【0263】
<その他の流体処理部材のコンポーネント及び材料>
本発明に従った貯蔵吸収部材は吸収性ウェブ内に存在可能性な他の任意のコンポーネントを含むことができる。例えば、補強スクリムは貯蔵吸収部材内、又は吸収性コアの各吸収性部材間に配置することができる。そうした補強スクリムは、特に吸収性コアの各吸収性部材間に配置された場合には、液体移動に対する界面障壁を形成しないような構造でなければならない。さらに、吸収性コア及び/又は吸収性貯蔵部材自体に乾燥及び湿潤完全性を提供するために数種の結合剤を使用することができる。特に、高表面積材料と例えば浸透圧吸収性材料のような他の吸収剤との結合を提供するために親水性膠繊維を使用してもよい。これは特に特定高表面積材料にとって重要である。使用される結合剤の量は、吸収性部材の毛管吸着特性を損なわないようにできる限り少ないことが好ましい。しかし、当業者であれば十分に高い表面積を具備した繊維化親水性膠のような吸収性部材の毛管吸着特性を増強する可能性のある結合剤もあることを認識するであろう。この場合、高表面積親水性膠は液体処理機能と完全性機能の両方を1つの材料で提供する可能性がある。さらに、緩んでいる粒子状吸収性ポリマーに関する使用者の懸念を未然に防ぐために、毛管連続性が中断されない限り、各吸収性部材、又は吸収性コア全体を例えばティシューペーパー・シートのような液体浸透性シート内に包み込むこともできる。
【0264】
含有することのできるその他の任意のコンポーネントは、臭いをコントロールし、大便を含有するなどのための材料である。さらに緩んでいる粒子状吸収性ポリマーに関する使用者の懸念を未然に防ぐために、粒子状浸透圧性吸収剤若しくは高表面積材料を具備する何れかの吸収性部材、又は吸収性コア全体を例えばティシューペーパー・シートのような液体浸透性シート内に包み込むこともできる。
【0265】
結合剤材料によって完全性が導入されるときには、適切な結合剤はその開示が参照してここに組み込まれる1996年10月1日にDragooらに発行された米国特許第5,560,878号に記載されているようなメルトブロー接着剤である。メルトブロー接着剤を必要なヒドロゲル形成ポリマー及び高表面積材料と結合させるためのプロセスも又’878特許に詳細に記載されている。
【0266】
【実施例】
<サンプル1,2,3−分配材料としてのHIPE>
下記のサンプルA.5〜A.7はポリマー・フォームタイプのものであり、一般に上記の米国特許第5,563,179号の実験の部に記載されている通りに調製される。一般に、このプロセスは選択された塩類を含有する水相と選択されたモノマー類及び乳化剤類を含有する油相との適切な混合を具備する。水相は、典型的には過硫酸カリウムのような開始剤及び塩化カルシウムのような無機塩を含有する。油相は、典型的には2−エチルヘキシルアクリレートのようなモノマー類並びにジビニルベンゼン(不純物としてエチルスチレンを含有する)及び1,6−ヘキサンジオールジアクリレートのような架橋結合モノマー類の混合物を含有する。酸化防止剤、乳白剤、顔料、色素、充填剤及びその他の一般に不活性化学薬品のような補助剤も又どちらかの相に添加することができる。
【0267】
油相と水相の別個の流れ(典型的には約30℃〜約90℃の間に加熱される)は動的混合装置に送られる。動的混合装置における結合された流れの完全な混合はピン・インペラによって達成される。製造する最終フォームの密度をコントロールするためには「水対油比」若しくはW:Oと呼ばれる水相と油相の比率を使用する。最初のHIPEの形成を確立するための装置及び方法に関する詳細な説明は、上記の米国特許第5,563,179号の実施例の部により詳細に記載されている。
【0268】
装置機構が充填されると、規定RPMで回転するインペラを用いて動的ミキサー内で攪拌を開始させる。水相の流速はその後約30秒間の時間をかけて44.1cm3/secの速度へ着実に上昇させられ、油相の流速は約1分間の時間に渡って1.25g/secへ低下させられる。この時点で動的及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は、典型的には約3〜約8PSI(約21〜約55kPa)である。インペラの速度はその後120秒間に渡って望ましいRPMへ調整される。システムの逆圧はこの調整に反応し、その後は一定のまま維持する。
【0269】
静的ミキサーからのHIPEは、セルコン(Celcon)プラスチックで作られる同心インサートを具備した直径17インチ(43cm)及び高さ7.5インチ(10cm)の円形ポリプロピレン製タブに収集される。このインサートは、底部の直径が5.0インチ(12.7cm)、上部の直径が4.75インチ(12cm)で、高さが6.75インチ(17.1cm)である。HIPEを含有しているタブは、65℃に維持された室内で18時間に渡って保持され、硬化させてHIPEポリマー・フォームを提供する。
【0270】
硬化したHIPEフォームはタブから取り出される。この時点のフォームは残留水相を含有する(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物、及び開始剤を含有する)。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて望ましい厚さのシートにスライスされる。これらのシートはその後、フォームの残留水相含量を重合モノマー類の重量の約2倍(2×)にまで徐々に減少させる真空を具備した一連の2個の多孔性ニップロール間で圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で4%のCaCl2溶液を用いて再飽和させられ、それから約2倍の水相含量にまで真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は2〜10%の間である。
【0271】
HIPEフォームはその後約16時間に渡り風乾させられるか、又は連続的に熱乾燥させられる。そうした乾燥は含水量を重合された材料の約4〜20重量%まで減少させる。
【0272】
<サンプル1>:
無水塩化カルシウム(36.32kg)と過硫酸カリウム(189g)を378リットルの水中に溶解させる。これはHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用される水相の流れを提供する。
【0273】
蒸留ジビニルベンゼン(39%ジビニルベンゼン及び61%エチルスチレン)(2640g)、2−エチルヘキシルアクリレート(4720g)、及びヘキサンジオールジアクリレート(640g)を具備するモノマーの組合せにジグリセロールモノオレエート乳化剤(480g)、二獣脂(ditallow)ジメチルアンモニウムメチルスルフェート(80g)、及びチヌビン(Tinuvin) 765(20g)を添加する。ジグリセロールモノオレエート乳化剤(グリンドステッド プロダクツ(Grindsted Products);ブラブランド(Brabrand)、デンマーク)は約81%のジグリセロールモノオレエート、1%の他のジグリセロールモノエステル類、3%のポリオール類、及び15%のその他のポリグリセロールエステル類を具備しており、約2.7dyne/cmの最小油/水界面張力値を与え、約2.8重量%の油/水臨界凝集濃度を有する。混合後、この材料組合せを一晩安定させるために放置する。目に見える残留物は形成されず、混合物全部を回収してHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおける油相として使用する。
【0274】
油相(25℃)と水相(53−55℃)の別個の流れが動的混合装置へ供給される。動的混合装置において結合された流れの完全な混合はピン・インペラによって達成される。ピン・インペラは、長さ約36.5cm及び直径約2.9cmの円柱形シャフトを具備している。シャフトは6列のピンを保持しており、3列は33個のピン及び3列は34個のピンを有し、各レベルの3個ずつのピン各々は相互に120°の角度に配置され、各レベルが0.03mmずつ離れている隣接レベルに対して60°下方へ配置された隣のレベルを具備し、シャフトの中心軸から2.3cmの長さで外に向かって伸びている各ピンは0.5cmの直径を有する。ピン・インペラは動的混合装置を形成する円筒形スリーブに取り付けられており、さらにピンは円筒形スリーブの壁から1.5mmの間隔を有する。
【0275】
1996年9月17日に出願された同時係属出願の米国特許出願第08/716,510号(T.A.DesMarais)(参照してここに組み込まれる)における図に示されているように、動的混合装置から出てくる排液の僅かな部分が回収され、再循環ゾーンに流入する。再循環ゾーンのワウケシャ(Waukesha)ポンプがこの僅かな部分を動的混合ゾーンへの油相及び水相の流れの入口点へ戻す。
【0276】
スパイラル静的ミキサーは、動的混合装置に逆圧を提供するため、及び最終的に形成されるHIPEへのコンポーネントの改良組み込みを提供するために動的混合装置から下流へ取り付けられている。静的ミキサー(TAH インダストリーズ モデル(TAH Industries Model) 100−812)は、外径1インチ(2.5cm)を具備した12個の素子を有する。硬化に使用される装置へのエマルジョンの送達を容易にするために静的ミキサーの下流にはホースが取り付けられる。任意で、充填されたホースを維持するための追加の逆圧を提供するために追加の静的ミキサーを使用する。任意の静的ミキサーは、1インチ(2.5cm)パイプの12素子ミキサー(マクマスター−キャル モデル(McMaster-Carr Model) 3529K53)であってよい。
【0277】
結合型混合及び再循環装置機構には水4部対油1部の比率で油相及び水相を充填する。動的混合装置は、装置を完全に充填している間に空気を逃がすことができるように排気される。充填中の流速は油相では7.57g/sec及び水相では30.3cm3/secである。
【0278】
装置機構が充填されたら、インペラを850RPMで回転させて動的ミキサーにおける攪拌を開始させ、約30cm3/secの速度で再循環を開始させる。その後水相の流速は約1分間をかけて151.3cm3/secへ着実に増加させ、さらに油相の流速は約3分間をかけて2.52g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に150cm3/secへ着実に増加させる。この時点で動的ゾーン及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は約4.9PSI(33.8kPa)であるが、これはこのシステムの総圧低下を表す。その後、ワウケシャ(Waukesha)ポンプの速度を着実に低下させ、約75cm3/secの再循環速度を生じさせる。
【0279】
この時点での静的ミキサーからのHIPEの流れは、ケーキ作りにおいて使用する底が抜けるようになった型に非常に似ている取外し式側面を具備した、直径40インチ(102cm)及び高さ12.5インチ(31.8cm)の円形ポリエチレン製タブに収集される。底部での直径が12.5インチ(31.8cm)のパイプ様ポリエチレン製インサートは底面の中心にしっかりと固定されており、高さは12.5インチ(31.8cm)である。HIPE含有タブは、65℃に維持された室内で18時間に渡って維持され、重合を引き起こさせてフォームを形成する。
【0280】
硬化したHIPEフォームは硬化用タブから取り出される。この時点でのフォームは重合したモノマーの重量の約55〜65倍の残留水相(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物類及び開始剤を含む)を有する。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて厚さ0.2インチ(5.1mm)のシートにスライスされる。これらのシートはその後、重合材料の重量の約3倍(3×)へフォームの残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔性ニップロールで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で4%CaCl2溶液を用いて再飽和させられ、約1.5〜2倍の水相含量にまで真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は6〜10%である。
【0281】
フォームは、最終ニップ後は厚さ約0.027インチ(0.069cm)に圧縮されたままになる。フォームはその後約16時間に渡り風乾させられる。そうした乾燥は含水量を重合材料の重量で約9〜17%へ減少させる。この時点で、フォームシートは極めてドレープ成形可能である。
【0282】
<サンプル2>:
無水塩化カルシウム(36.32kg)と過硫酸カリウム(189g)を378リットルの水中に溶解させる。これはHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用される水相の流れを提供する。
【0283】
蒸留ジビニルベンゼン(42.4%ジビニルベンゼン及び57.6%エチルスチレン)(2640g)、2−エチルヘキシルアクリレート(4400g)、及びヘキサンジオールジアクリレート(960g)を具備するモノマー組合せにジグリセロールモノオレエート乳化剤(640g)、二獣脂ジメチルアンモニウムメチルスルフェート(80g)、及びチヌビン(Tinuvin) 765(20g)を添加する。ジグリセロールモノオレエート乳化剤(グリンドステッド プロダクツ(Grindsted Products);ブラブランド(Brabrand)、 デンマーク)は約81%のジグリセロールモノオレエート、1%の他のジグリセロールモノエステル類、3%のポリオール類、及び15%のその他のポリグリセロールエステル類を具備しており、約2.7dyne/cmの最小油/水界面張力値を与え、約2.8重量%の油/水臨界凝集濃度を有する。混合後、材料のこの組合せを一晩安定させるために放置する。目に見える残留物は形成されず、混合物全部を回収してHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおける油相として使用する。
【0284】
油相(25℃)と水相(75〜77℃)の別個の流れが動的混合装置へ供給される。動的混合装置中において結合された流れの完全な混合はピン・インペラによって達成される。ピン・インペラは長さ約36.5cm及び直径約2.9cmの円柱形のシャフトを具備している。シャフトは6列のピンを保持しており、3列は33個のピン及び3列は34個のピンを有し、各レベルの3個ずつのピン各々が相互に120°の角度に配置され、各レベルが0.03mmずつ離れている隣接レベルに対して60°下方へ配置された隣のレベルを具備し、シャフトの中心軸から2.3cmの長さで外に向かって伸びている各ピンは0.5cmの直径を有する。ピン・インペラは動的混合装置を形成する円筒形スリーブに取り付けられており、さらにピンは円筒形スリーブの壁から1.5mmの間隔を有する。
【0285】
1996年9月17日に出願された同時係属出願の米国特許出願第08/716,510号(T.A.DesMarais)(参照してここに組み込まれる)における図に示されているように、動的混合装置から出てくる排液の僅かな部分が回収され、再循環ゾーンに流入する。再循環ゾーンのワウケシャ(Waukesha)ポンプがこの僅かな部分を動的混合ゾーンへの油相及び水相の流れの入口点へ戻す。
【0286】
スパイラル静的ミキサーは、動的混合装置に逆圧を提供するため、及び最終的に形成されるHIPEへのコンポーネントの改良組み込みを提供するために動的混合装置から下流へ取り付けられている。静的ミキサー(TAH インダストリーズ モデル 101−212)は、通常は外径1.5インチ(3.8cm)を具備した12個の素子を有するが、装置の設置スペースに適合するように7インチ(17.8cm)が取り除かれた。硬化のために使用される装置へのエマルジョンの送達を容易にするために静的ミキサーの下流にはホースが取り付けられる。任意で、充填されたホースを維持するための追加の逆圧を提供するために追加の静的ミキサーを使用する。任意の静的ミキサーは、変更せずに最初のものと同一であってよい。
【0287】
結合型混合及び再循環装置機構には水4部対油1部の比率で油相及び水相を充填する。動的混合装置は、装置を完全に充填している間に空気を逃がすことができるように排気される。充填中の流速は油相では7.57g/sec、及び水相では30.3cm3/secである。
【0288】
装置機構がいったん充填されると、インペラを800RPMで回転させて動的ミキサーにおける攪拌を開始させ、約30cm3/secの速度で再循環を開始させる。その後水相の流速は約1分間をかけて151.3cm3/secへ着実に増加させ、さらに油相の流速は約3分間かけて2.52g/secへ低下させる。この後者の期間中に再循環速度は約150cm3/secへ着実に増加させる。この時点で動的ゾーン及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は約4.2PSI(29kPa)であるが、これはこのシステムの総圧低下を表す。
【0289】
この時点での静的ミキサーからのHIPEの流れは、ケーキ作りにおいて使用する底が抜けるようになった型に非常に似ている取外し式側面を具備した、直径40インチ(102cm)及び高さ12.5インチ(31.8cm)の円形ポリエチレン製タブに収集される。底部での直径が12.5インチ(31.8cm)のパイプ様ポリエチレン製インサートは底面の中心にしっかりと固定されており、高さは12.5インチ(31.8cm)である。HIPE含有タブは、65℃に維持された室内で18時間に渡って維持され、重合を引き起こさせてフォームを形成する。
【0290】
硬化したHIPEフォームは硬化用タブから取り出される。この時点でのフォームは重合したモノマーの重量の約58〜62倍(58〜62×)の残留水相(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物及び開始剤を含む)を有する。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて厚さ0.2インチ(5.1mm)のシートにスライスされる。これらのシートはその後、重合材料の重量の約6倍(6×)へフォームの残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔性ニップロールで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%CaCl2溶液を用いて再飽和させられ、約2倍の水相含量にまで真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は3〜6%の間である。
【0291】
フォームは最終ニップ後は厚さ約0.047インチ(0.071cm)に圧縮されたままになる。フォームはその後約16時間に渡り風乾させられる。そうした乾燥は含水量を重合材料の重量で約9〜17%へ減少させる。この時点で、フォームシートは極めてドレープ成形可能である。
【0292】
<サンプル3>:
無水塩化カルシウム(36.32kg)と過硫酸カリウム(189g)を378リットルの水中に溶解させる。これはHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用される水相の流れを提供する。
【0293】
蒸留ジビニルベンゼン(42.4%ジビニルベンゼン及び57.6%エチルスチレン)(2640g)、2−エチルヘキシルアクリレート(4400g)、及びヘキサンジオールジアクリレート(960g)を具備するモノマー組合せにジグリセロールモノオレエート乳化剤(640g)、二獣脂ジメチルアンモニウムメチルスルフェート(80g)、及びチヌビン(Tinuvin) 765(40g)を添加する。ジグリセロールモノオレエート乳化剤(グリンドステッド プロダクツ(Grindsted Products);ブラブランド(Brabrand)、 デンマーク)は約81%のジグリセロールモノオレエート、1%の他のジグリセロールモノエステル類、3%のポリオール類、及び15%のその他のポリグリセロールエステル類を具備しており、約2.7dyne/cmの最小油/水界面張力値を与え、約2.8重量%の油/水臨界凝集濃度を有する。混合後、材料のこの組合せを一晩安定させるために放置する。目に見える残留物は形成されず、混合物全部を回収してHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおける油相として使用する。
【0294】
油相(25℃)と水相(75〜77℃)の別個の流れが動的混合装置へ供給される。動的混合装置中において結合された流れの完全な混合はピン・インペラによって達成される。ピン・インペラは長さ約21.6cm及び直径約1.9cmの円柱形のシャフトを具備している。シャフトは6列のピンを保持しており、3列は21個のピン及び3列は21個のピンを有し、各レベルの3個ずつのピン各々が相互に120°の角度に配置され、各レベルが0.03mmずつ離れている隣接レベルに対して60°下方へ配置された隣のレベルを具備し、シャフトの中心軸から1.4cmの長さで外に向かって伸びている各ピンは0.5cmの直径を有する。ピン・インペラは動的混合装置を形成する円筒形スリーブに取り付けられており、さらにピンは円筒形スリーブの壁から3mmの間隔を有する。
【0295】
1996年9月17日に出願された同時係属出願の米国特許出願第08/716,510号(T.A.DesMarais)(本明細書の一部をなす参照として本願に援用する)における図に示されているように、動的混合装置から出てくる排液の僅かな部分が回収され、再循環ゾーンに流入する。再循環ゾーンのワウケシャ(Waukesha)ポンプがこの僅かな部分を動的混合ゾーンへの油相及び水相の流れの入口点へ戻す。
【0296】
スパイラル静的ミキサーは、動的混合装置に逆圧を提供するため、及び最終的に形成されるHIPEへのコンポーネントの改良組み込みを提供するために動的混合装置から下流へ取り付けられている。最初の長さから2.4インチ(6.1cm)を切り取ることによって改良された静的ミキサー(TAH Industries Model 070-821)は、長さが14インチ(35.6cm)及び外径が0.5インチ(1.3cm)である。
【0297】
結合型混合及び再循環装置機構には水4部対油1部の比率で油相及び水相を充填する。動的混合装置は、装置を完全に充填している間に空気を逃がすことができるように排気される。充填中の流速は油相では1.89g/sec、及び水相では7.56cm3/secである。
【0298】
装置機構がいったん充填されると、インペラを1,000RPMで回転させて動的ミキサーにおける攪拌を開始させ、約8cm3/secの速度で再循環を開始させる。その後水相の流速は約1分間をかけて45.4cm3/secへ着実に増加させ、さらに油相の流速は約3分間をかけて0.6g/secへ低下させる。この後者の期間中に再循環速度は約45cm3/secへ着実に増加させられる。この時点で動的ゾーン及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は約2.9PSI(20kPa)であるが、これはこのシステムの総圧低下を表す。
【0299】
この時点での静的ミキサーからのHIPEの流れは、セルコン(Celcon)プラスチックから作られた同心インサートを具備した、直径17インチ(43cm)及び高さ7.5インチ(10cm)の円形ポリプロピレン製タブに収集される。底部での直径が5インチ(12.7cm)及び上部での直径が4.75インチ(12cm)のインサートは高さが6.75インチ(17.1cm)である。HIPE含有タブは、65℃に維持された室内で18時間に渡って維持され、重合を引き起こさせてフォームを形成する。
【0300】
硬化したHIPEフォームは硬化用タブから取り出される。この時点でのフォームは重合したモノマーの重量の約70〜80倍(70〜80×)の残留水相(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物類及び開始剤を含む)を有する。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。これらのシートはその後、重合材料の重量の約3倍(3×)へフォームの残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔性ニップロールで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%CaCl2溶液を用いて再飽和させられ、約2倍の水相含量にまで真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は3〜5%である。
【0301】
フォームは、最終ニップ後は厚さ約0.031インチ(0.079cm)に圧縮されたままになる。フォームはその後約16時間に渡って風乾させられる。そうした乾燥は含水量を重合材料の重量で約9〜17%へ減少させる。この時点で、フォームシートは極めてドレープ成形可能である。
【0302】
<高毛管吸引貯蔵部材(サンプルS.)>
<サンプルS.1 ガラス超極細繊維を具備する貯蔵吸収部材>
この例では、従来型空気蒸着プロセスより密度及び構造組織を上昇させるために、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー及びウェット・エンド成形プロセスを使用して形成された高表面積ガラス超極細繊維を具備する高毛管吸引吸収性部材について説明する。ガラス超極細繊維基質における吸収性ポリマーの均質な分配に取り組んだ部材を含有するそうしたヒドロゲル形成吸収性部材を構成するためには、下記の方法に従う。
【0303】
4.0gのASAP2300(イリノイ州アーリントンハイツのアメリカン コロイド社(American Colloid Co.)の子会社であるケムダル(Chemdal) LTDから入手可能;さらに又、オハイオ州シンシナティのザ プロクター&ギャンブル社(The Procter & Gamble CO.)の製紙テクノロジー事業部からも入手可能)及び4.0gのガラス超極細繊維(コロラド州デンバーのマンヴィレ セイルズ社(Manville Sales Corp.)から「Q−ファイバー(Q-FIBERS), コード 108, 110 Bulk」として入手可能)の混合物を約500mlの3Aアルコール(95%エタノール、5%メタノール)、又はイソプロパノール若しくは関係するポリマー類の構造若しくは組成を低下させも吸収されもしないであろう類似の液体と一緒に爆発抵抗性の容量3ガロンの商用銘柄のワーナー(Warner)混合機内で結合させる。混合液を低速で約5分間攪拌する。混合液は、製紙箱の上方部分の底部に80メッシュナイロン成形用ワイヤー(ワイオミング州ニーナのプロダクティブ ソル−ション社(Productive Solutions, Inc.)のアップルトン(Appleton)製造事業部から入手可能)を具備した6インチ×6インチの「製紙箱(Paper Formation Box)」に注入される。液体レベルは、3Aアルコール、又は適切な溶液を追加してスクリーンの約8インチ(約20.3cm)上方にさせる。液体を排出させる前にパドルを使用して製紙箱の上部で溶液を完全に混合する。成形用ワイヤーの下方で弁を開き、液体を急速に排液し、成形用ワイヤー上への一様な沈降を保証する。スクリーンを「製紙箱」から取り除き、ゆるく保持されている液体を除去するために真空源を横断して引き抜き、一様な含水量を保証するために乾燥剤(例、ミズーリ州63178セントルイスのシグマ ケム社(Sigme Chem. Co.)のDRIERITE)を含有する乾燥機中で一晩風乾させる。いったん乾燥したら、吸収性部材を成形用スクリーンから取り出す。毛管吸着吸収能力の測定のためには、この部材からアーチ・パンチで5.4cmの円筒形構造を穿孔する。
【0304】
<サンプルS.2 HIPEからの高表面積フォームの調製>
無水塩化カルシウム(36.32kg)と過硫酸カリウム(189g)を378リットルの水中に溶解させる。これはHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用される水相の流れを提供する。
【0305】
蒸留ジビニルベンゼン(42.4%ジビニルベンゼン及び57.6%エチルスチレン)(2640g)、2−エチルヘキシルアクリレート(4400g)、及びヘキサンジオールジアクリレート(960g)を具備するモノマー組合せにジグリセロールモノオレエアート乳化剤(480g)、二獣脂ジメチルアンモニウムメチルスルフェート(80g)、及びチヌビン(Tinuvin) 765(20g)を添加する。ジグリセロールモノオレエート乳化剤(グリンドステッド プロダクツ(Grindsted Products);ブラブランド(Brabrand)、 デンマーク)は約81%のジグリセロールモノオレエート、1%の他のジグリセロールモノエステル類、3%のポリオール類、及び15%のその他のポリグリセロールエステル類を具備しており、約2.7dyne/cmの最小油/水界面張力値を与え、約2.8重量%の油/水臨界凝集濃度を有する。混合後、材料のこの組合せを一晩安定させるために放置する。目に見える残留物は形成されず、混合物全部を回収してHIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおける油相として使用する。
【0306】
油相(25℃)と水相(53〜55℃)の別個の流れが動的混合装置へ供給される。動的混合装置中において結合された流れの完全な混合はピン・インペラによって達成される。ピン・インペラは長さ約36.5cm及び直径約2.9cmの円柱形のシャフトを具備している。シャフトは6列のピンを保持しており、3列は33個のピン及び3列は34個のピンを有し、各レベルの3個ずつのピン各々が相互に120°の角度に配置され、各レベルが0.03mmずつ離れている隣接レベルに対して60°下方へ配置された隣のレベルを具備し、シャフトの中心軸から2.3cmの長さで外に向かって伸びている各ピンは0.5cmの直径を有する。ピン・インペラは動的混合装置を形成する円筒形スリーブに取り付けられており、さらにピンは円筒形スリーブの壁から1.5mmの間隔を有する。
【0307】
その開示が本明細書の一部をなす参照として援用される1996年9月17日にDesMaraisによって出願された同時係属出願の米国特許出願第08/716,510号における図に示されているように、動的混合装置から出てくる排液の僅かな部分が回収され、再循環ゾーンに流入する。再循環ゾーンのワウケシャ(Waukesha)ポンプがこの僅かな部分を動的混合ゾーンへの油相及び水相の流れの入口点へ戻す。
【0308】
静的ミキサー(TAH インダストリーズ モデル 100−812)は、外径1インチ(2.5cm)を具備した12個の素子を有する。硬化のために使用される装置へのエマルジョンの送達を容易にするために静的ミキサーの下流にはホースが取り付けられる。任意で、充填されたホースを維持するための追加の逆圧を提供するために追加の静的ミキサーを使用する。任意の静的ミキサーは1インチ(2.5cm)パイプ、12素子ミキサー(マクマスター−キャル(McMaster-Carr)、オーロラ、オハイオ州、 モデル 3529K53)であってよい。
【0309】
結合型混合及び再循環装置機構には水4部対油1部の比率で油相及び水相を充填する。動的混合装置は、装置を完全に充填している間に空気を逃がすことができるように排気される。充填中の流速は油相では7.57g/sec及び水相では30.3cm3/secである。
【0310】
装置機構が充填されると、インペラを1750RPMで回転させて動的ミキサーにおける攪拌を開始させ、約30cm3/secの速度で再循環を開始させる。その後水相の流速は約1分間をかけて151.3cm3/secへ着実に増加させ、さらに油相の流速は約3分間をかけて3.03g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に約150cm3/secへ着実に増加させる。この時点で動的ゾーン及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は約19.9PSI(137kPa)であるが、これはこのシステムの総圧低下を表す。ワウケシャ(Waukesha)ポンプ(モデル 30)の速度は、その後着実に低下させ、約75cm3/secの再循環速度を生じさせる。
【0311】
この時点での静的ミキサーからのHIPEの流れは、ケーキ作りにおいて使用する底が抜けるようになった型に非常に似ている取外し式側面を具備した、直径40インチ(102cm)及び高さ12.5インチ(31.8cm)の円形ポリエチレン製タブに収集される。底部での直径が12.5インチ(31.8cm)のパイプ様ポリエチレン製インサートは底面の中心にしっかりと固定されており、高さは12.5インチ(31.8cm)である。HIPE含有タブは、65℃に維持された室内で18時間に渡って維持され、重合を達成させてフォームを形成する。
【0312】
硬化したHIPEフォームは硬化用タブから取り出される。この時点でのフォームは重合したモノマーの重量の約48〜52倍(48〜52×)の残留水相(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物類及び開始剤を含む)を有する。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。これらのシートはその後、重合材料の重量の約6倍(6×)へフォームの残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔性ニップロールで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%CaCl2溶液を用いて再飽和させられ、約4倍の水相含量にまで真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は8〜10%である。
【0313】
フォームは最終ニップ後は厚さ約0.021インチ(0.053cm)に圧縮されたままになる。フォームはその後約16時間に渡り風乾させられる。そうした乾燥は含水量を重合材料の重量で約9〜17%へ減少させる。この時点で、フォームシートは極めてドレープ成形が可能で、「乾燥後には薄い(thin-after-drying)」。
【0314】
<サンプルS.3 HIPEからの高表面積フォームの調製>
HIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用する水相及び油相の流れは実施例S.2に従って調製する。油相(25℃)と水相(53〜55℃)の別個の流れが実施例S.2で記載されたように動的混合装置へ供給される。
【0315】
装置機構が充填されたら、インペラを1700RPMで回転させて動的ミキサーにおける攪拌を開始させ、約30cm3/secの速度で再循環を開始させる。その後水相の流速は約1分間をかけて151.3cm3/secへ着実に増加させ、さらに油相の流速は約3分間をかけて3.36g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に約150cm3/secへ着実に増加させる。この時点で動的ゾーン及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は約19.7PSI(136kPa)であるが、これはこのシステムの総圧低下を表す。ワウケシャ(Waukesha)ポンプ(モデル 30)の速度は、その後着実に低下させ、約75cm3/secの再循環速度を生じさせる。
【0316】
この時点での静的ミキサーからのHIPEの流れは、サンプルS.2で説明したようにして収集され、ポリマー・フォームへ硬化させられる。
【0317】
硬化したHIPEフォームは硬化用タブから取り出される。この時点でのフォームは重合したモノマーの重量の約43〜47倍(43〜47×)の残留水相(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物類及び開始剤を含む)を有する。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。これらのシートはその後、重合材料の重量の約6倍(6×)へフォームの残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔性ニップロールで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%のCaCl2溶液を用いて再飽和され、約4倍の水相含量へ真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は8〜10%である。
【0318】
フォームは最終ニップ後は厚さ約0.028インチ(0.071cm)に圧縮されたままになる。フォームはその後約16時間に渡り風乾させられる。そうした乾燥は含水量を重合材料の重量で約9〜17%へ減少させる。この時点で、フォームシートは極めてドレープ成形が可能で、「乾燥後には薄い(thin-after-drying)」。
【0319】
<サンプルS.4 HIPEからの高表面積フォームの調製>
HIPEエマルジョンを形成するための連続プロセスにおいて使用する水相及び油相の流れは実施例S.2に従って調製する。油相(25℃)と水相(53〜55℃)の別個の流れが実施例S.2で記載されたように動的混合装置へ供給される。
【0320】
装置機構が充填されたら、インペラを1750RPMで回転させて動的ミキサーにおける攪拌を開始させ、約30cm3/secの速度で再循環を開始させる。その後水相の流速は約1分間をかけて151.3cm3/secへ着実に増加させ、さらに油相の流速は約3分間をかけて3.78g/secへ低下させる。再循環速度は後者の時間中に約150cm3/secへ着実に増加させる。この時点で、動的ゾーン及び静的ミキサーによって作り出される逆圧は約18.7PSI(129kPa)であるが、これはこのシステムの総圧低下を表す。ワウケシャ(Waukesha)ポンプ(モデル 30)の速度は、その後着実に低下させ、約75cm3/secの再循環速度を生じさせる。
【0321】
この時点での静的ミキサーからのHIPEの流れは、サンプルS.2で説明されたようにして収集され、ポリマー・フォームへと硬化される。
【0322】
硬化したHIPEフォームは硬化用タブから取り出される。この時点でのフォームは、重合したモノマーの重量の約38〜42倍(38〜42×)の残留水相(溶解した乳化剤類、電解質、開始剤残留物類及び開始剤を含む)を有する。フォームは鋭利な往復鋸歯を用いて厚さ0.185インチ(4.7mm)のシートにスライスされる。これらのシートはその後、重合材料の重量の約6倍(6×)へフォームの残留水相含量を徐々に低下させる真空を装備した一連の2個の多孔性ニップロールで圧縮を受ける。この時点で、シートはさらに60℃で1.5%CaCl2溶液を用いて再飽和させられ、約4倍の水相含量にまで真空を装備した一連の3個の多孔性ニップロールで圧搾される。フォームのCaCl2含量は8〜10%である。
【0323】
フォームは最終ニップ後は厚さ約0.028インチ(0.071cm)に圧縮されたままになる。フォームはその後約16時間に渡り風乾させられる。そうした乾燥は含水量を重合材料の重量で約9〜17%へ減少させる。この時点で、フォームシートは極めてドレープ成形が可能で、「乾燥後には薄い(thin-after-drying)」。
【0324】
<サンプルS.5 高表面積ポリマー・フォーム材料を具備する貯蔵吸収部材>
この例では、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー及びサンプルS.3に従って調製された高吸引ポリマー・フォームを具備する高毛管吸引吸収性部材について説明する。吸収性ポリマー及びポリマー・フォームの比較的均質な分布にアプローチする部材を含有するヒドロゲル形成正の吸収性ポリマーを構成するために、下記の方法に従う:
その中に既に1リットルの2%塩化カルシウム溶液が入れられている1.25リットルのボトルを装備した混合機(オスターライザー(Osterizer) 848−36L型)に10gの風乾ポリマー・フォーム(上記のサンプルS.3に従って調製された)を入れる。全フォーム材料が液中に沈められていることを確認した後に、「溶かす(Liquify)」(高設定)で10秒間攪拌し、その後さらに「すりつぶす(Grate)」設定で5秒間攪拌する。結果として生じたスラリーをその後ペーパー・タオルで裏張りしたブフナー漏斗(コールズ(Coors) USA 60283型)に移す。約500mlの液体がサンプルから自由に排液される。サンプルはその後、ゴム膜で被覆し、真空(約500mmHg若しくは約66kPa)を適用し、サンプルを50〜60gの重量まで脱水させる。
【0325】
サンプルを乾燥した混合機のボトルへ戻し、「溶かす(Liquify)」にセットした攪拌で分散させ、その間にサンプルをほぼ個々の粒子へ分散させるためにボトル及び混合機本体を数回逆転させたり直立に戻したりする。分散させたサンプルはその後周囲条件下で風乾させ、その後フォーム粒子は重量で50%のヒドロゲル形成ポリマー及び重量で50%の高表面積ポリマー・フォームとの同質混合物から構成される貯蔵吸収部材を提供するために、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー(ASAP2300、イリノイ州パランティンのケムダル コーポレイション(Chemdal Corporation)から入手可能;さらに、オハイオ州シンシナティのザ プロクター&ギャンブル社(The Procter & Gamble CO.)の製紙テクノロジー事業部からも入手可能)と結合させる。
【0326】
<サンプルS.6 高表面積フィブレットを具備する貯蔵吸収部材>
<フィブレット>
本実施例ではヒドロゲル形成吸収性ポリマー及び高表面積フィブレットとを具備する高毛管吸引吸収性部材について説明する。重量で50%のヒドロゲル形成ポリマー及び重量で50%のフィブレットとの同質混合物から構成される貯蔵吸収部材を提供するために、セルロース・アセテートであるFibrets(登録商標)としてヘキストセラネーゼ社(Hoechst Celanese Cop.;シャルロット、ノースカロライナ州)から入手できる高表面積フィブレットを、ヒドロゲル形成吸収性ポリマー(ASAP2300、イリノイ州パランティンのケムダル コーポレイション(Chemdal Corporation)から入手可能;さらに又、オハイオ州シンシナティのザ プロクター&ギャンブル社(The Procter & Gamble CO.)の製紙テクノロジー事業部からも入手可能)と結合させる。
【0327】
<構造>
一般的な説明の部で記載したように、これらのコアが液体貯蔵領域と液体連絡している収集/分配領域を含有していることを前提に、及びこれらの領域で使用される材料が各要件を満たしていることを前提に、吸収性コアは、広範囲の可能性で構成することができる。従って、そうしたコアは、上記で説明したような予定される使用の要件に合わせて調整された坪量及びサイズを具備して、層状配置にある各材料から構成することができる。
【0328】
一般にMAXIと呼ばれるサイズの乳児用おむつのために有用な特定コア構造は長さ約450mm及び幅約100mmの長方形の形状を有する。このとき、収集/分配領域は、全吸収性コアを被覆する同様に長方形の寸法を有する材料の1つの層から構成される。液体貯蔵領域はさらに又、1つの層としての収集/分配領域の下にある吸収性コアの全サイズを越えて伸びている長方形であってもよい。材料の厚さは吸収性コアの長さ及び/又は幅の全体に渡って相違してよいが、しかし単純な構造では吸収性コアを通して一様な厚さである。
【0329】
機能にとって不可欠であるのは、収集/分配材料及び貯蔵材料が上記で説明したそれらの毛管吸引特性に従って選択されることである。
【0330】
上記で記載したような特別に選択されたサンプルを用いると、すべての各分配材料サンプルは各貯蔵材料のいずれかと結合することができ、さらに適切な性能を提供することができる。
【0331】
<試験方法>
他に特別に規定されていない限り、試験は室温約23+/−2℃及び相対湿度50+/−10%の管理実験条件下で実施する。試験片は、試験前少なくとも24時間はこれらの条件下で保存する。
【0332】
<合成尿の調製>
他に明白に規定されていない限り、本試験方法で使用する特殊合成尿は一般にジャイコ シンユアリン(Jayco SynUrine)として知られており、ペンシルバニア州キャンプヒルのジャイコ ファーマシューティカルズ カンパニー(Jayco Pharmaceuticals Company)から入手可能である。合成尿の処方は次の通りである:2.0g/lのKCl:2.0g/lのNa2SO4;0.85g/lの(NH4)H2PO4;0.15g/lの(NH4)H2PO4;0.19g/lのCaCl2;及び0.23g/lのMgCl2である。化学薬品はすべて特級試薬である。合成尿のpHは6.0〜6.4の範囲内にある。
【0333】
<垂直ウイッキング時間及び垂直ウイッキング容量>
垂直ウイッキング時間は、規定サイズのフォームの試験片を通して15cmの垂直距離をウィック(灯心のように毛細管作用で吸い上げる)するために、リザーバ内で着色試験液(例、合成尿)に対して要した時間を測定することによって測定する。垂直ウイッキング試験法は上記の米国特許第5,387,207号(参照して組み込まれる)の試験方法の部に詳述されているが、ここでは37℃の代わりに31℃で実施する。一定高さに対する材料の垂直ウイッキング容量も又、試験を37℃の代わりに31℃で実施すること以外は米国特許第5,387,207号の試験方法の部に記載されている垂直ウイッキング吸収容量試験を用いて測定する。最後に、引用特許に記載の洗浄及び再乾燥ステップは実施しない。注目すべき垂直ウイッキング容量値は、平衡状態において15cmの高さで達成される容量とする。結果は、15cmの高さにおける単位(g/cm2/sec)で表す。
【0334】
<簡易液体浸透率試験>
この簡易浸透率試験は、2つの特殊条件に対する浸透率についての尺度を提供する:浸透率は100%飽和状態の広範囲の多孔性材料(例えば合成繊維から作られる不織布、又はセルロース構造)について、又は崩壊性ポリマー・フォームのように、空気(各々外側蒸気層)を充填することなくキャリパーにおける比例変化に伴って異なる程度の飽和に達する材料について測定できるが、後者については様々な飽和度での浸透率を様々な厚さで容易に測定することができる。
【0335】
特にポリマー・フォーム材料については、吸収体に対する使用中条件をより良好にシミュレーションできるように、31℃の高温で試験を行うのが有益であることが発見されている。
【0336】
原理において、本試験はダルシー(Darcy)の法則に基づいているが、それに従うと、あらゆる多孔性媒体を通過する液体の容積流速は圧力勾配と比例しており、その比例定数は浸透率に関連している:
Q/A=(k/η)*(ΔP/L)
式中:
Q=容積流速[cm3/s];
A=断面積[cm2];
k=浸透率(cm2)(1ダルシーは9.869*10-132に相当する);
η=粘度(ポアズ)[Pa*s];
ΔP/L=圧力勾配[Pa/m];
L=サンプルのキャリパー[cm]
従って、浸透率は、一定若しくは所定のサンプル断面積及び試験液粘度において、サンプルを通しての圧力低下及び容積流速の測定値によって計算できる:
k=(Q/A)*(L/ΔP)*η
本試験は、第1は面横断浸透率(即ち、流れの方向が本質的に材料の厚さ寸法に沿っている)に関する、第2は面内浸透率(即ち、流れの方向が材料のx−y方向である)に関する2種の修正方法で実行できる。
【0337】
簡易面横断浸透率試験のための試験セットアップは、装置全体の略図及び挿入図としてサンプルセルの比例尺の図ではないが部分的分解断面図である図1に見ることができる。
【0338】
試験機構は、一般に上方部分(121)及び下方部分(122)を有する円形若しくは円筒形サンプルセル(120)を具備している。これらの部分の間隔は測定でき、従って各3個の外周に配置されたキャリパー計(145)及び調整ねじ(140)によって調整することができる。さらに、本装置は給水リザーバ(150)のための高さ調節具(170)を含む数個の液体リザーバ(150,154,156)並びにチューブ(180)、サンプルセルと装置の残りを接続するためのクイックリリース取付具(189)、さらに弁(182,184,186,188)を具備する。差圧トランスデューサー(197)は、チューブ(180)を通して上方圧力検出ポイント(194)及び下方圧力検出ポイント(196)に接続されている。弁を制御するためのコンピュータ装置(190)は、さらに配線(199)によって差圧トランスデューサー(197)、温度プローブ(192)、及び重量目盛付きロードセル(198)に接続されている。
【0339】
径1インチ(約2.54cm)を有する円形サンプル(110)は、タイゴン(tygon)チューブのようなフレキシブルチューブ(180)によって、吸水継手(132)を通して給水リザーバ(150)へ、及び放水継手(133)を通して放水リザーバ(154)へ取り付けられている2個の内径1インチ(2.54cm)の円筒形部分品(121,122)から作られているサンプルセル(120)の内側の2枚の多孔性スクリーン(135)の間に配置される。クローズド・セル型フォーム・ガスケット(115)は、サンプルの側面の周囲で漏れに対する保護を提供する。試験サンプル(110)は、他に特別に明記しない限りは0.2psi(約1.4kPa)に設定される望ましい湿潤圧縮に対応する径に圧縮させられる。液体はサンプル(110)を通して定常状態流れに達するように流される。サンプル(110)を通過する定常状態流れが確立されると、ロードセル(198)及び差圧トランスデューサー(197)を用いて、容積流速及び圧力低下が時間の関数として記録される。実験は80cm水の圧力ヘッド(約7.8kPa)までのあらゆる圧力で実施できるが、これは高さ調節具(170)によって調整できる。これらの測定値からサンプルに対する様々な圧力での流速を測定できる。
【0340】
この装置は、2/97の各ユーザー・マニュアルに詳細に説明されているように、PMI液体浸透率計の名称をつけてニューヨーク州イサカのポーラス マテリアルズ社(Porous Materials, Inc.)によって供給されるような浸透率計として市販で入手できる。この装置には、同様に上記パンフレットに明記されている多孔性スクリーン(135)として、2枚のステンレススチール製フリットが含まれている。本装置は、サンプルセル(120)、給水リザーバ(150)、放水リザーバ(154)、及び廃液リザーバ(156)並びに充填及び空にするための弁及び継手、電子天秤、及びコンピュータ監視及び弁制御装置(190)から構成される。
【0341】
ガスケット材料(115)は、米国オハイオ州シンシナティのネザーランド ラバー カンパニー(Netherland Rubber Company)によって供給されるようなクローズドセル型ネオプレンスポンジ(Closed Cell Neoprene Sponge) SNC−1(ソフト)である。1/16”〜1/2”(約0.159cm〜約1.27cm)の範囲の厚さをカバーできるように、1/16”刻み(約0.159cm)で厚さが相違する1組の材料を入手しなければならない。
【0342】
さらに、各弁を作動させるために少なくとも60psi(4.1bar)の圧縮空気の供給が必要とされる。
【0343】
試験液は脱イオン水である。
【0344】
試験はその後、下記のステップによって実行する:
1)試験サンプルの調製:
予備試験において、1以上の試験サンプルの層が必要であるかを決定するが、このとき下記に略述する試験を最小及び最大圧力で実行する。層の数はその後、最小圧力低下での0.5m3/secと最大圧力低下での15m3/secとの間に試験中の流速を維持できるように調整する。サンプルに対する流速は、同一圧力低下でのブランクに対する流量より少なくなければならない。サンプル流速が一定の圧力低下に対してブランクの流速を越える場合は、流速を低下させるためにより多くの層を付け加えなければならない。
【0345】
サンプルサイズ:サンプルは、米国オハイオ州クリーブランドのマクマスター−キャル サプライ カンパニー(McMaster-Carr Supply Company)によって供給されるようなアーチ・パンチを使用して1”(約2.54cm)径にカットする。必要な操作中にサンプルの構造を維持するためのそれらの内部強度及び完全性が小さすぎる場合は、例えばPETスクリム若しくはネットのような従来型低坪量支持手段を付け加えることができる。
【0346】
従って、少なくとも2個のサンプル(必要な場合は各々必要な数の層から作成する)をプレカットする。その後、これらの1つを実験が実施される温度(他に明記されていない限り70°F(31℃))の脱イオン水中で飽和させる。
【0347】
湿潤サンプルのキャリパーは、押さえ径11.8”(約2.86cm)を有し、他に特別に所望されない限りサンプル(110)上に0.2psi(約1.4kPa)の圧力を及ぼす従来型キャリパー計(米国マサチューセッツ州ウォルサムのAMESによって供給されるような)を用いて実験が実行される望ましい圧縮圧下で(必要であれば30秒間の安定化時間後に)測定する。
【0348】
ガスケット材料の適切な組合せは、ガスケッチング・フォーム(115)の全厚さが湿潤サンプルの厚さの150〜200%であるように選択する(望ましい総厚さを達成するためには様々な厚さのガスケット材料の組合せが必要とされる場合があることに注目)。ガスケット材料(115)は径3”の円形サイズにカットし、アーチ・パンチを使用して中心に1インチ(2.54cm)の穴を穿孔する。
【0349】
湿潤するとサンプルの寸法が変化する場合は、湿潤段階で必要な径が得られるようにサンプルをカットしなければならない。これは又、各寸法を監視することによってこの予備試験で評価できる。間隙が形成されるか、又はサンプルに多孔性スクリーン若しくはフリットにサンプルが円滑に接触することを妨害する皺が形成されるようにこれらが変更するならば、それに従ってカットする径を調整しなければならない。
【0350】
試験サンプル(110)をガスケット・フォーム(115)の孔の内側に配置し、さらにその複合物をサンプルセルの下方半分の上部に配置して、サンプルがスクリーン(135)とフラットかつ円滑に接触して両側に間隙が形成されないことを保証する。
【0351】
試験セルの上方部分(121)はラボ・ベンチ(若しくは他の水平面)上に平たんに置き、それに取り付けられている全3個のキャリパー計(145)をゼロ調整する。
【0352】
その後ガスケット材料(115)と試験サンプル(110)が2つの部分の間に横たわるように試験セルの上方部分(121)を下方部分(122)上に置く。その後、上記の各圧力下で湿潤サンプルについて測定したときに3個のキャリパー計が同一値に調整されるように上方部分及び下方部分を固定ねじ(140)によって締め付ける。
【0353】
2)実験を準備するために、コンピュータ装置(190)上のプログラムをスタートさせ、サンプル識別、各圧力その他を入力する。
3)1個のサンプル(110)上で最小圧力である第1圧力を用いて数回の圧力サイクルについて試験を実行する。個々の圧力ランの結果はコンピュータ装置(190)によって個別の結果ファイルに置かれる。下記で説明する計算のために、これらの各ファイルからデータを取り出す(材料の次の試験ランには別のサンプルを使用しなければならない)。4)入口液体リザーバ(150)を必要な高さにセットし、コンピュータ装置(190)上で試験を開始する。
5)その後、急速脱着継手(189)を用いて浸透率計装置内にサンプルセル(120)を配置する。
6)通気弁(188)及び下側充填弁(184,186)を開くことによってサンプルセル(120)に充填する。このステップ中にはシステムから気泡を取り除くために注意を払わなければならないが、これはサンプルセルを逆さまに反転させ、気泡が存在している場合はドレーンを通して浸透率計から排気させることによって達成できる。
サンプルセルがチャンバ(121)の上部に取り付けられているタイゴンチューブまで充填されると、このチューブから廃液リザーバ(156)内に気泡が除去される。
7)注意深く気泡を取り除いた後に、下側充填弁(184,186)を閉め、上方部分を充填して、さらに注意深くすべての気泡を除去できるように上側充填弁(182)を開く。
8)液体リザーバには満水線(152)まで試験液を充填する。
【0354】
その後コンピュータ装置(190)を始動させることによってサンプルを通る流れが開始される。
【0355】
サンプルチャンバ内の温度が必要な数値に達した後に、試験を開始する準備が整う。
【0356】
コンピュータ装置(190)によって実験を開始させると、流出口の流れは自動的に廃液リザーバ(156)から放水リザーバ(154)へ転じられ、さらに圧力低下及び温度が数分間に渡る時間の関数として監視される。
【0357】
プログラムが終了すると、コンピュータ装置は記録されたデータを提供する(数字および/または図示によって)
望ましい場合は、それによってランからランへ圧力を増加させながら、同一試験サンプルを使用して様々な圧力ヘッドで浸透率を測定することができる。
【0358】
装置、特にフリット、ロードセル、熱電対及び圧トランスデューサーは、装置供給業者の取扱説明書に従って2週間毎に洗浄しなければならず、さらに少なくとも1週間に1回は校正しなければならない。
【0359】
差圧は、サンプルセルの上側及び下側にある圧力プローブ測定ポイント(194,196)に接続されている差圧トランスデューサーによって記録される。記録される圧力に加えてチャンバ内には他の流れ抵抗が存在する可能性があるので、各実験はブランク試験ランによって補正しなければならない。ブランク試験ランは、夫々の日に、10、20、30、40、50、60、70、80cmの要求された圧力で実行されなければならない。浸透率計は、各実験及びさらに平均流速に対する平均試験圧力を出力するであろう。
【0360】
サンプルが試験された各圧力について、さらに補正圧力を生じさせるために各高さで記録された圧力差について平均試験圧力(実際圧力)を補正しているコンピュータ装置(190)によって流速はブランク補正圧力として記録される。この補正圧力は、下記の浸透率方程式で使用するDPである。
【0361】
その後浸透率は、要求された各圧力で計算することができ、すべての浸透率は試験される材料についてkを決定するために平均化しなければならない。
【0362】
各サンプルについて各ヘッドで3回の測定を行い、結果を平均して、標準偏差を計算しなければならない。しかし、各ヘッドで浸透率を測定するためには同一サンプルを使用しなければならないが、その後第2回及び第3回の測定を行うためには新しいサンプルを使用しなければならない。
【0363】
上記の面横断浸透率と同一条件下での面内浸透率の測定は、サンプルセルだけの比例尺ではないが部分的分解断面図を示している図2(A)及び(B)に略図的に描出されているように上記の装置を変更することによって達成できる。同等の素子は、図2のサンプルセル(210)が図1の番号(110)に相関しているように、同等に表示されている。従って、図1の面横断簡易サンプルセル(120)は、液体が一方向にのみ(セル内でサンプルがどのように置かれるのかに依存して、流れ方向若しくは前後方向のどちらか)流れることができるように設計されている面内簡易サンプルセル(220)に取って代わられる。壁に沿った液体の溝形成(ウォール効果)を最小限に抑えるためには、これが間違って高い浸透率読み値を生じさせる可能性があるために注意を払わなければならない。その後の試験方法は、面横断簡易試験と全く同様に実行する。
【0364】
サンプルセル(220)は、充填用チューブがセル(220)の底部にある吸水継手(232)に方向付けられている以外は、本質的に上記の面横断試験におけるサンプルセル(120)について説明したように装置内に配置するように設計されている。図2(A)はサンプルセルの部分分解組立図を示しており、図2(B)はサンプルレベルを通しての断面図を示している。
【0365】
試験セル(220)は2つのピースから作られている:フランジ付きの長方形の箱のような下方ピース(225)、及び下方ピース(225)の内側に適合して同様にフランジを有する上方ピース(223)。試験サンプルを2”インチ×2”インチ(約5.1cm×5.1cm)のサイズにカットし、下方ピースの内側に置く。サンプルチャンバの上方ピース(223)をその後下方ピース(225)内に置くと試験サンプル(210)上に納まる。密封するために圧縮できないネオプレン・ゴムシール(224)を上方ピース(223)に取り付ける。試験液は、給水リザーバからタイゴンチューブを通ってサンプル・スペース及び吸水継手(232)、さらに放水継手(233)を通って放水リザーバへ流れる。この試験の態様ではサンプルセルを通って通過する液体の温度管理は流速が低いために不十分になる可能性があり、サンプルはそれによって加熱チャンバ(227)を通って温度調節水がポンプで送り出される加熱装置(226)によって望ましい試験温度に維持される。試験セルにおける間隙は、望ましい湿潤圧縮、通常は0.2psi(約1.4kPa)に対応するキャリパーで設定される。0.1mm〜20.0mmのサイズ範囲のシム(詰め木)(216)を使用し、任意で数本のシムの組み合わせを使用して正確なキャリパーをセットする。
【0366】
実験の開始時に、試験セル(220)を90°回転させ(サンプルは垂直になる)、試験液を底部からゆっくりと流入させる。これは、サンプル及び吸水/放水継手(232/233)からすべての空気が排気されることを保証するために必要である。次に、サンプル(210)を水平にできるように試験セル(220)を回転させて最初の位置に戻す。その後の手順は面横断浸透率について上記で説明した手順と同一である、即ち給水リザーバを望ましい高さに配置し、流れを平衡にさせ、流速及び圧力低下を測定する。浸透率はダルシーの法則を使用して計算される。この手順がより高圧についても同様に反復される。
【0367】
極めて低い浸透率を有するサンプルについては、例えば測定可能な流速」を入手するために高さを伸長させるかリザーバに追加の空気圧を適用することによってのように駆動圧力を上昇させることが必要になる場合がある。面内浸透率は、試験セル内でサンプルがどのように配置されているかに依存して、流れ方向及び前後方向とは無関係に測定できる。
【0368】
<一般液体浸透率試験>
一般浸透率試験は、あらゆる多孔性材料について、飽和の関数として浸透率を測定することができる。本試験の原理は簡易試験の原理と類似しており、本質的な相違はサンプルに液体負荷に加えて規定量の空気を負荷する点であり、これは一定の飽和度を生じさせる。これは、原理並びに一般面横断浸透率について規定している図3、及び一般面内浸透率についての相違を示している図4に略図的に描出されている試験配置によって達成される。指示されていない番号は図1の各番号に対応する(例えば、水リザーバ(356)は水リザーバ(156)に対応する)。
【0369】
その中で、サンプルセル(320/420)は同様に、手段(370)によって高さを調整可能である給水リザーバ(350)に加えて、高さ調整装置(372)上に固定具(341、図4では示されていない)によって取り付けられている。この給水リザーバは放水リザーバ(354)と比較して第1高さの差(357)を限定しているが、これは差圧Δp(浸透率を計算するための差圧を表す)に関連する。この給水リザーバ(350)は、差圧Δp(c)に関連するサンプル高さに対する第2の高さの差(359)を限定しているが、これはサンプル内の飽和と関連している差圧を意味し、それによってより高い毛管吸引は典型的にはより低い飽和と相関する。
【0370】
実験は、サンプルが100%飽和となるであろう低いΔPc(0cmの水に近い)で開始する。液体は適用された圧力低下Δp(c)(給水リザーバの高さ−放水リザーバの高さ)のためにサンプルを通って流れる。定常状態で、放水リザーバにおける液体の取り込み量が時間の関数として測定される。浸透率は、ダルシーの法則を使用して圧力低下と容積流速データから計算できる。正確な飽和度は、試験実施前の乾燥サンプルと試験後の湿潤サンプルの重量を比較することによって入手できる。
【0371】
100%未満の飽和での浸透率を測定するためには、上記の段落に記載されたように、まず最初に新しい試験サンプルを100%飽和させる。次に、サンプルをより高い高さ(例えば10cm)へ移動させ、その高さで平衡化させる。この時間中、液体は連続的に給水リザーバから放水リザーバへ流れる。サンプル内の飽和は経時的に減少するであろう。定常状態に達したとき、即ち取り込み対時間プロットが線形になったときに、上記と同様にして、流速、圧力低下及び飽和が測定される。この手順が新規サンプルを用いて数種のサンプル高さについて反復される。
【0372】
測定可能な流速を入手するために、は飽和が低下するにつれて給水リザーバと放水リザーバの間の圧力低下を増加させることが必要になるかもしれない。これは、ほとんどの多孔性材料について、浸透率が飽和の低下に伴って急勾配で低下するためである。給水リザーバと放水リザーバの間の圧力低下が毛管吸引よりはるかに小さいことを保証することが必要である。
【0373】
定常状態に到達するのを待っている間に液体レベルが有意には変化しないことを保証するには、広口の液体リザーバ(352,354)を使用することが必要である。
【0374】
本試験は、脱離サイクルのための飽和に対する浸透率を与える。即ち、サンプルは、最初により高い飽和を有している。当然ながら吸収サイクルについて浸透率データを生じさせることはできるが、一部のヒステリシス作用が発生する可能性があるので、今回の評価ではこれらを使用すべきではない。
【0375】
一般の面横断浸透率試験のためのサンプルセル(320)は、サンプル(310)の上方及び下方に配置された2個のフリット(335)を具備する点で、簡易面横断浸透率試験のサンプルセル(120)と本質的に相違している。これらのフリット(335)については、流れに対する抵抗のほとんどがサンプルによって提供され、フリットの抵抗性を無視できることを保証することが必要である。微細な孔の開いた、粗いフリットの上方の薄膜によって、流れに対する有意な抵抗を提供することなく、高い高さまでの測定を行うことができる。フリットは、約200cm以上の水の高さに相当する十分に高いバブルポイント圧力を有するが、同時に低い流れ抵抗を提供するように選択しなければならない。これは、より開放性の支持構造を被覆する、必要なバブルポイント圧力の十分に薄い膜を選択することによって良好に達成できる。
【0376】
一般浸透率試験については、Δp(c)に依存して飽和度を様々に変えることができるように、空気が側面を通してサンプルに接触するように注意を払わなければならない。従って、サンプルセルの設計は、次の点を除き、本質的には簡易面断試験の試験セルと同一である。即ち、フォーム・ガスケット材料が取り除かれ、上方部分と下方部分の間の間隙を調整するための装置が、他に必要とされない限り0.2psi(約1.4kPa)の望ましい圧力下でサンプルを(上方部分(321)の重量と一緒に)維持するために、重り(317)のような一定圧発生装置に置き換えられる。
【0377】
一般面内浸透率試験のために、上記で説明した簡易面内試験及び原理から導き出された設計であるサンプルセル(420)が図4に示されている。従って、液体は、上記のタイプのフリット(フリットについては335)のような膜(435)に接続されている吸水口(432)及び放水口(433)を通ってサンプルセル(420)内に流入する。試験サンプル(410)はその端部が2個のフリットに重なるように、しかし2インチ×2インチ(約5.1cm×5.1cm)の中央部分とは重ならないように配置され、それによってサンプルと膜の間の皺及び間隙が回避される。試験サンプル(410)は、実験が実行される圧力(他に所望及び明記されていない限り0.2psi(約1.4kPa))を調整するために使用される重り(417)を用いて、サンプルセル(420)の上方部分と下方部分の間に配置される。さらに、サンプルは、例えば加熱チャンバ(427)を通して一定温度の水をポンプで流すことにより、加熱装置(426)によって一定温度に維持される。
【0378】
この試験機構についても、様々な飽和度を許容するために、側面を通してサンプル内へ空気が流入できることが不可欠である。
【0379】
<液体粘度>
液体粘度は上記の測定にとって重要な入力パラメータであり、さらに周知の表、若しくは式、又は明確に確立された測定方法による測定のいずれかから、各液体について各温度に対して入手しなければならない。
【0380】
<毛管吸着>
<目的>
本試験の目的は、本発明の貯蔵吸収部材の、高さの関数としての毛管吸着吸収容量を測定することである。(本試験はさらに又、高表面積材料、即ち吸収性部材で利用されるヒドロゲル形成吸収性ポリマー又は他の任意の材料のような浸透圧吸収剤を含まない材料の、高さの関数としての毛管吸着吸収容量を測定するためにも使用される。それでも、下記の考察ではそれが全貯蔵吸収部材を測定することに関係するので毛管吸着法について考察する。)毛管吸着は、液体が吸収性構造内にどのように吸収されるのかを支配するあらゆる吸収剤の基本的特性である。毛管吸着実験では、毛管吸着吸収容量が試験液リザーバに対するサンプルの高さを原因とする液圧の関数として測定される。
【0381】
毛管吸着を測定する方法は明確に認識されている。吸収性構造の毛管吸着の測定方法の考察については、Burgeni,A.A.and Kapur,C., 「繊維塊における毛管吸着平衡状態(Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses)」、Textile Research Journal, 37(1967),356-366;Chatterjee,P.K.,「吸収性(Absorbency)」、Textile Science and Technology 7,Chapter II,pp29-84、Elsevier Science Publishers B.V.,1985;及び1986年9月9日にWeismanらに発行された米国特許第4,610,678号を参照。これらの参考文献各々の開示は本明細書の一部をなす参照として本願に組み込まれる。
【0382】
<原理>
多孔性ガラス・フリットが、液体の連続したカラムを通してはかり上の液体リザーバに接続される。サンプルは、実験中は一定の限定重量下で維持される。多孔性構造が必要に応じて液体を吸収するときに、はかり付き液体リザーバにおける重量損失が液体取り込み量として記録され、高さ及び蒸発の関数としてのガラス・フリットの取り込みについて調整される。様々な毛管吸引(静水張力若しくは高さ)での取り込み量若しくは吸収容量が測定される。漸増的吸収はフリットの漸増的低下(即ち、毛管吸引の低下)のために発生する。
【0383】
実験中には、200cmの高さでの初期有効取り込み速度(g/g/h)の計算ができるように時間も又監視される。
【0384】
<試薬類>
試験液:合成尿を下記の材料を蒸留水に完全に溶解させることによって調製する。
【0385】

Figure 0004209591
【0386】
<装置機構の一般的説明>
本試験のために使用する図2(A)において、一般的に520として示されている毛管吸着試験装置は、TAPPI条件(50%RH、25℃)下で操作される。試験サンプルは、試験液を含有する506として表示されているはかり付き液体リザーバに試験液(合成尿)の連続カラムを通して接続された、図2(A)に502として示されているガラス・フリット上に載置される。このリザーバ506は、コンピュータ(図示されていない)に接続されたはかり507上に置かれる。はかりは、0.001gまで読み取ることができなければならない;そうしたはかりはPR1203としてMettler Toledo(ニュージャージー州、ハイツタウン)から入手可能である。ガラス・フリット502は、試験サンプルを様々な吸引高さへ暴露させるために試験サンプルの垂直運動を可能にするように、概して図2(A)において501として示されている垂直スライド上に置く。垂直スライドは、試験サンプルによる液体取り込み量を測定するために吸引高さ及び対応する時間を記録するためにコンピュータへ取り付けられるロッドレス駆動装置であってよい。好ましいロッドレス作動装置はコンピューモーター(CompuMotor)(ローナート、カリフォルニア州)から入手可能な電動装置ZETA6104−83−135によって動力を供給できる製品202X4X34N−1D4B−84−P−C−S−Eとして、インダストリアル デバイス(Industrial Devices)(ノヴァト、カリフォルニア州)から入手できる。データが測定されて駆動装置501及びはかり507からデータが送られると、各試験サンプルについて、毛管吸着吸収容量データが容易に発生される。同様に、駆動装置501にコンピュータが接続されていることによって、ガラス・フリット502の垂直運動を制御することもできる。例えば、駆動装置は各吸引高さで「平衡」(下記で定義される)に到達した後にのみ、ガラス・フリット502を垂直に移動させるように指令できる。
【0387】
ガラス・フリット502の下部は、ドレーン三方活栓509にフリット505を接続するTygon(登録商標)チューブへ接続されている。ドレーン活栓509は、ガラス管504と活栓510によって液体リザーバ505へ接続されている。(活栓509は装置の洗浄中若しくは気泡の除去中にのみドレーンへ向かって開かれる。)ガラス管511は、活栓510によって液体リザーバ505とはかり付き液体リザーバ506とを接続する。はかり付き液体リザーバ506は軽量12cm径ガラス皿506A及びカバー506Bから構成される。カバー506Bはそれを通してガラス管511がリザーバ506内の液体に接触する穴を有する。ガラス管511はカバー506Bに接触してはならず、さもないと不安定なはかり読み値が生じ、試験サンプル測定値を使用できなくなる。
【0388】
ガラス・フリットの径は試験サンプルを保持するために下記で説明するピストン・シリンダ装置に適合するために十分な径でなければならない。ガラスフリット502には、加熱浴からの一定の温度管理ができるようにジャケットを付けなければならない。フリットは、♯36060−350Fとしてコーニング ガラス社(Corning Glass Co.)(コーニング、ニューヨーク州)から入手できる4〜5.5μm細孔を有すると規定された350mlフリットガラス製円形漏斗である。細孔はフリット表面が規定の毛管吸引高さで湿潤しているのを維持するのに十分なほど微細である(ガラス・フリットはガラス・フリットの下方では試験液の連続カラムに空気を進入させない)。
【0389】
上記のように、フリット502は三方活栓510の位置に依存してチューブによって液体リザーバ505又ははかり付き液体リザーバ506に接続されている。
【0390】
ガラス・フリット502には、定温浴からの水を受け入れるためにジャケットが付けられている。これは、ガラス・フリットの温度が試験手順中は88°F(31℃)の一定温度に維持されることを保証するであろう。図2(A)に示されているように、ガラスフリット502には吸水ポート502A及び放水ポート502Bが備えられており、これらは一般に508と示される循環加熱浴との閉鎖ループを作っている。(図2(A)にはガラス製ジャケットは描出されていない。しかし、浴508からジャケットが付けられたガラス・フリット502へ導入される水は試験液には接触せず、試験液は定温浴を通して循環させられない。定温浴中の水はガラス・フリット502のジャケット壁を通って循環する。)
リザーバ506及びはかり507は、はかり付きリザーバからの試験液の蒸発を最小限に押さえるため、及び実験の実行中のはかりの安定性を強化するために箱の中に入れられている。概して512と示されているこの箱には上部と壁があり、上部にはそれを通してチューブ511が挿入されている穴がある。
【0391】
ガラス・フリット502は図2(B)により詳細に示されている。図2(B)は、吸水ポート502Aと放水ポート502Bが示されていないガラス・フリットの断面図である。上記のように、ガラス・フリットは規定の4〜5.5μmの細孔を有する350mlのフリットガラス製円形漏斗である。図2(B)を参照すると、ガラス・フリット502は、550と指定されている円筒形ジャケット付き漏斗及び560として示されているガラス・フリットディスクを具備している。ガラス・フリット502はさらに、570として示されている試験サンプルを閉じ込め、さらに試験サンプルへの小さな封圧を提供する一般に565(シリンダ566及びピストン568を具備する)と示されているシリンダ/ピストン組立体を具備している。ガラス・フリット・ディスク560からの試験液の過度の蒸発を防止するために、562と示されているテフロン(Teflon)製リングがガラス・フリット・ディスク560の上部に置かれる。Teflon(登録商標)リング562は厚さが0.0127cmであり(♯8569K16としてマクマスターキャル(McMasterCarr)からシート・ストックとして入手可能で、適切なサイズにカットされる)、シリンダ566の外側のフリット・ディスク面を被覆するのに使用され、従ってガラス・フリットからの蒸発を最小限に抑える。リングの外径及び内径は、各々7.6及び6.3cmである。Teflon(登録商標)リング562の内径はシリンダ566の外径より約2mm小さい。Viton(登録商標)Oリング(#AS568A−150及びAS568A−151としてマクマスターキャル(McMasterCarr)から入手可能)564が、蒸発の防止にさらにいっそう役立つように、円筒形ジャケット付き漏斗550の内壁とTeflon(登録商標)リング562の間の間隙を密封するために、Teflon(登録商標)リング562の上部に配置される。Oリングの外径が円筒形ジャケット付き漏斗550の内径より大きい場合は、Oリングの径を下記のようにして漏斗に適合するように低下させる:Oリングを切り開き、必要な量のOリング材料を切り落とし、さらにOリングが円筒径ジャケット付き漏斗550の内壁にその全周囲で接触するように再び張り合わす。
【0392】
上記のように、565として図2(B)に一般的に示されているシリンダ/ピストン組立体が試験サンプルを閉じ込め、試験サンプル570に小さな封圧を提供する。図2(C)を参照すると、組立体565はシリンダ566、568と指定されているカップ様Teflon(登録商標)製ピストン、及び必要な場合は内側ピストン568に適合する1個又は複数のおもり(図示されていない)から構成される。(試験サンプルの乾燥時径に依存して0.2psiの封圧が達成されるようにピストンと任意のおもりの結合重量を調整するために必要な場合に、任意のおもりは使用されるであろう。これについては下記で説明する。)シリンダ566はLexan(登録商標)バー・ストックで、下記の寸法を有する:外径7.0cm、内径6.0cm及び高さ6.0cm。Teflon(登録商標)ピストン568は下記の寸法を有する:シリンダ566の内径より0.02cm小さい外径。図2(D)に示されているように、試験サンプルに接触しないピストン568の端部には0.2psi(1.4kpa)の試験サンプル封圧を達成するために必要な任意のおもり(試験サンプルの実際乾燥時径によって指令される)を受け入れるために、5.0cm径×約1.8cm深さのチャンバ590を提供するように穴が開けられている。言い換えると、ピストン568と何れかの任意おもり(図には示されていない)の総重量を試験サンプルの実際径(乾燥時)で割ったものは、0.2psiの封圧が達成されるようでなければならない。シリンダ566及びピストン568(及び任意のおもり)は、毛管吸着吸収容量測定を実施する前に少なくとも30分間に渡り31℃で平衡させられる。
【0393】
毛管吸着実験中には、サンプル周囲での空気の不安定化を最小限に抑えるために、非界面活性剤処理若しくは混合紡糸穿孔フィルム(14cm×14cm)を使用し、ガラス・フリット502を覆う。穿孔部は、実験中にフィルムの下面上で凝縮が発生するのを防止するのに十分な大きさである。
【0394】
<試験サンプルの調製>
試験サンプルは、貯蔵吸収部材から5.4cm径円形構造を打ち抜くことによって入手できる。該部材が吸収体のコンポーネントである場合は、試験前に該製品の他のコンポーネントを取り除かなければならない。その構造(例、密度、コンポーネント材料の相対配置、構成材料の物理的特性その他)を著しく変更せずには該部材を製品の他のコンポーネントから分離できないか、又は該部材が吸収体のコンポーネントではない状況においては、試験サンプルは、その組合せが問題の部材を代表するように、該部材を構成する全材料を結合することによって調製する。試験サンプルは5.4cm径の円であり、アーチ・パンチを用いてカットする。
【0395】
試験サンプルの乾燥重量(毛管吸着吸収容量を計算するために下記で使用される)は、上記のように周囲条件下で調製された試験サンプルの重量である。
【0396】
<実験の段取り>
1.垂直スライド501に取り付けられた漏斗保持具に、清潔な乾燥したガラス・フリット502を置く。垂直スライドの漏斗保持具を、ガラス・フリットが0cm高さにあるように移動させる。
【0397】
2.上記のように、装置のコンポーネントを図2(A)に示されたように据え付ける。
【0398】
3.12cm径のはかり付き液体リザーバ506をはかり507上に置く。プラスチック製蓋506Bをこのはかり付き液体リザーバ506に被せ、はかり箱512にプラスチック製蓋を被せるが、それらの蓋は各々ガラス管511が適合して通過できるように小さい穴を具備している。ガラス管をはかり付き液体リザーバの蓋506Bに接触させてはならず、さもないと不安定なはかり読み値が生じ、測定値を使用できなくなる。
【0399】
4.活栓510をチューブ504に向けて閉じ、ガラス管511に向けて開く。はかり付き液体リザーバ506を充填するために試験液がチューブ511に流入できるように、前以て試験液が充填されている液体リザーバ505を開ける。
【0400】
5.ガラス・フリット502を水平にし、適所に固定する。同様に、ガラス・フリットが乾燥していることを保証する。
【0401】
6.Tygon(登録商標)チューブ503を活栓509に取り付ける。(チューブはキンクを伴わずに200cmの最高点でガラス・フリット502に到達するほど十分に長くなければならない。)Tygon(登録商標)チューブに液体リザーバ505からの試験液を充填する。
【0402】
7.Tygon(登録商標)チューブ503を水平のガラス・フリット502に取り付け、その後液体リザーバ505からガラス・フリット502へ導く活栓509及び活栓510を開く。(活栓510はガラス管511に対しては閉じていなければならない。)試験液をガラス・フリット502に充填し、水平ガラス・フリットの充填中に閉じ込められた空気全部を取り除く。液体レベルがガラス・フリット・ディスク560の上部を越えるまで充填し続ける。漏斗を空にし、チューブ及び漏斗の内側にあるすべての気泡を取り除く。気泡はガラス・フリット502を反転させ、活栓509のドレーンを通して気泡が立って抜け出させることによって取り除くことができる。(気泡は、典型的にはガラス・フリット・ディスク560の底部上に集まる。)ジャケット付き漏斗550の内側及びガラス・フリット・ディスク560の表面上に適合するであろう十分に小さいレベルを用いてフリットを再び水平にする。
【0403】
8.ガラス・フリットを、はかり付き液体リザーバ506を用いてゼロ調整する。これを行うために十分な長さの1本のTygon(登録商標)チューブを取り、それに試験液を満たす。一端をはかり付き液体リザーバ506内に入れ、他方の端部を使用してガラス・フリット502を配置する。チューブによって示される試験液のレベル(はかり付き液体リザーバのレベルと同等である)は、ガラス・フリット・ディスク560の上部より10mm下方である。これが実状に合わない場合は、リザーバ内の液体量を調整するか、又は垂直スライド501上のゼロ位置をリセットする。
【0404】
9.チューブによって定温浴508からの放水ポート及び吸水ポートをガラス・フリットの吸水ポート及び放水ポート502A及び502Bに各々取り付ける。ガラス・フリット・ディスク560の温度を31℃にさせる。これは一部にはガラス・フリットに試験液を充填し、それが平衡温度に到達した後にその温度を測定することによって測定できる。浴からガラス・フリットへの水の移動中における熱の放散を許容するために、浴を31℃より幾らか高い温度に設定する必要があるであろう。
【0405】
10.ガラス・フリットを30分間平衡化させる。
【0406】
<毛管吸着パラメータ>
下記では、ガラス・フリットが各高さにどの位の時間とどまっているのかを測定するコンピュータ・プログラムについて説明する。
【0407】
毛管吸着試験ソフトウエアプログラムでは、試験サンプルは液体のリザーバからある規定の高さにある。上記のように、コンピュータが既知の時間間隔の最後にはかりを読み取り、試験サンプルとリザーバの間の流速(デルタ読取り値/時間間隔)を計算することができるように、液体リザーバははかりの上にある。この方法の目的で、試験サンプルは、規定数の連続時間間隔に対して流速が規定流速より少ないときに平衡状態にあると見なされる。一定の材料については、規定「平衡定数」に到達したときに実際平衡には到達しない可能性があることは認識されている。読み値間の時間間隔は5秒間である。
【0408】
デルタ表における読み値の数は、毛管吸着メニューでは「平衡サンプル」として規定されている。デルタの最高数は500である。流速定数は、毛管吸着メニューでは「平衡定数」として規定されている。
【0409】
平衡定数は0.0001〜100,000の範囲内のg/secの単位で入力される。
【0410】
下記はロジックの簡易化された例である。表は、はかり読み値及び各時間間隔に対して計算されたデルタ流量を示している。
【0411】
平衡サンプル=3
平衡定数=.0015
【表1】
Figure 0004209591
【0412】
【表2】
Figure 0004209591
【0413】
【表3】
Figure 0004209591
【0414】
上記の簡易化された例に対する平衡取り込み量は0.318gである。
【0415】
下記は平衡取り込み量を決定するために使用されたC言語でのコードである:
【表4】
Figure 0004209591
【0416】
<毛管吸着パラメータ>
負荷の説明(封圧):0.2psi負荷
平衡サンプル(n):50
平衡定数:0.0005g/sec
セットアップ高さ値:100cm
最終高さ値:0cm
静水圧ヘッドパラメータ:200,180,160,140,120,100,90,80,70,60,50,45,40,35,30,25,20,15,10,5及び0cm
毛管吸着試験手順は、毛管吸着吸収容量の測定のために上記に明記した全高さを上記の順序で用いて実施する。特定高さ(例、35cm)での毛管吸着吸収容量を測定することが望ましい場合でさえ、規定された順序で静圧水ヘッドパラメータの全シリーズを完了しなければならない。試験サンプルに対する毛管吸着等温線を作成するためにはこれら全部の高さを毛管吸着試験の遂行中に使用されるが、本発明の開示では200,140,100,50,35及び0cmの特定高さでのそれらの吸収特性に関して貯蔵吸収部材を説明する。
【0417】
<毛管吸着試験手順>
1)実験段取り手順に従う。
2)定温浴508のスイッチが入っており、水がガラス・フリット502を通って循環していること、及びガラス・フリット・ディスク560の温度が31℃であることを確認する。
3)ガラス・フリット502を200cmの吸引高さに置く。ガラス・フリット502をはかり付き液体リザーバ506と接続するために活栓509及び510を開く(活栓510は液体リザーバ505に対しては閉じられている。)ガラス・フリット502は30分間平衡化させられる。
4)上記の毛管吸着パラメータをコンピュータに入力する。
5)活栓509及び510を閉じる。
6)ガラス・フリット502をセットアップ高さ100cmへ移動させる。
7)Teflon(登録商標)リング562をガラス・フリット・ディスク560の表面上に置く。Oリング564をTeflon(登録商標)リング上に置く。予備加熱したシリンダ566をTeflon(登録商標)リング上に同心性に置く。試験サンプル570をガラス・フリット・ディスク560上のシリンダ566に同心性に置く。ピストン568をシリンダ566内に置く。必要であれば、追加の限定おもりをピストン・チャンバ590内に置く。
8)ガラス・フリット502を穿孔フィルムで被覆する。
9)この時点での図り読み値はゼロ若しくは風袋読み値を確定する。
10)ガラス・フリット502を200cmへ移動させる。
11)活栓509及び510を開き(活栓510は液体リザーバ505に対しては閉じられている)、はかり及び時間の読み取りを開始する。
【0418】
<ガラス・フリットの補正(ブランク補正取り込み量)>
ガラス・フリット・ディスク560は多孔性構造であるので、ガラス・フリット(502)毛管吸着吸収取り込み量(ブランク補正取り込み量)を測定し、真の試験サンプル毛管吸着吸収取り込み量を入手するために減じなければならない。ガラス・フリット補正は、使用される各新規ガラス・フリットについて実施する。ブランク取り込み量(g)を入手するために、試験サンプルを使用しないこと以外は上記の通りに毛管吸着試験手順を実行する。各規定高さでの経過時間はブランク時間(s)に等しい。
【0419】
<蒸発損失の補正>
1)ガラス・フリット502をゼロの2cm上方へ移動させ、それをこの高さで活栓509及び510を開いて(リザーバ505へは閉じて)30分間平衡化させる。
2)活栓509及び510を閉じる。
3)Teflon(登録商標)リング562をガラス・フリット・ディスク560の表面上に置く。Oリング564をTeflon(登録商標)リングの上に置く。予備加熱したシリンダ566をTeflon(登録商標)リング上に同心性に置く。ピストン568をシリンダ566内に入れる。穿孔フィルムをガラス・フリット502上に置く。
4)活栓509及び510を開き(リザーバ505へは閉じて)、3.5時間に渡ってはかり読み値及び時間を記録する。下記のようにサンプル蒸発量(g/hr)を計算する:
[1時間後のはかり読み値−3.5時間後のはかり読み値]/2.5時間
上記の注意すべてを守った後でさえ、幾らかの蒸発損失、試験サンプル及びフリット補正両方について典型的には約0.10g/hrが発生するであろう。理想的には、サンプルの蒸発は各々新たに据え付けられたガラス・フリット502について測定する。
【0420】
<装置の洗浄>
ガラス・フリット502を新たに据え付けたときには新規のTygon(登録商標)チューブ503を使用する。ガラスチューブ504及び511、液体リザーブ505、及びはかり付き液体リザーバ506は、細菌汚染が目に見える場合には蒸留水中で50%Clorox Bleach(登録商標)を用いて洗浄し、その後蒸留水ですすぎ洗いする。
【0421】
a.各実験後の洗浄
各実験の終了時に(試験サンプルが取り除かれた後)、ガラス・フリットは、ガラス・フリット・ディスクの孔から残留試験サンプルを除去するために液体リザーバ505から250ml試験液を用いて前方へフラッシュする(即ち、試験液がガラス・フリットの底部へ導入される)。活栓509及び510を液体リザーバ505に対して開き、はかり付き液体リザーバ506に対して閉じ、ガラス・フリットをその支持具から取外し、上下を逆にして最初は試験液を用いてすすぎ洗い、次にアセトン及び試験液(合成尿)を用いてすすぎ洗いする。すすぎ洗い中、ガラス・フリットは上下を逆に傾けて置かなければならず、すすぎ液はガラス・フリット・ディスクの試験サンプル接触面上へ噴出させる。すすぎ洗い後、ガラス・フリットは250ml試験液(合成尿)を用いて前方へ2度目のフラッシュ洗浄をする。最後に、ガラス・フリットは支持具に再び取り付け、フリット表面を水平にする。
【0422】
b.ガラス・フリット性能の監視
ガラス・フリットの性能は、各洗浄手順後及び各ガラス・フリットを新規に取り付ける毎に0cm位置でのガラス・フリットセットアップを用いて監視しなければならない。50mlの試験液を水平にされたガラス・フリット・ディスク表面(Teflon(登録商標)リング、Oリング及びシリンダ/ピストンコンポーネントを装着せずに)上に注入する。試験液レベルがガラス・フリット・ディスク表面上方5mmへ低下するために要した時間を記録する。この時間が4.5分間を超える場合は、定期的洗浄を実施しなければならない。
【0423】
c.定期的洗浄
定期的に、(上記のフリット性能の監視の項を参照)ガラス・フリットは目詰まりを防止するために完全に洗浄する。すすぎ液は蒸留水、アセトン、蒸留水に溶解させた50%Clorox Bleach(登録商標)(細菌増殖を除去するため)及び試験液である。洗浄には、支持具からガラス・フリットを取り外すこと及びすべてのチューブの接続を切り離すことが含まれる。ガラス・フリットは、適切な液体及び量を下記の順序で用いてフリットを上下逆にして前方へフラッシュ洗浄する(即ち、試験液がガラス・フリットの底部に導入される):
1.250mlの蒸留水
2.100mlのアセトン
3.250mlの蒸留水
4.100mlの50:50Clorox(登録商標)/蒸留水溶液
5.250mlの蒸留水
6.250mlの試験液
洗浄手順は、ガラス・フリットの性能が設定された流量基準(上記参照)内にあり、さらにガラス・フリット・ディスク表面上に残留物を観察できない場合には申し分がない。洗浄を良好に遂行できない場合は、フリットを交換しなければならない。
【0424】
<計算>
コンピュータは、各規定高さでのcmでの毛管吸引高さ、時間及びgでの取り込み量から構成される報告を提供するようにセットアップする。このデータから、フリット取り込み量及び蒸発損失の両方について補正されている毛管吸引吸収容量を計算できる。同様に、0cmでの毛管吸引吸収容量に基づいて、毛管吸収効率を規定高さで計算できる。さらに、200cmでの初期有効取り込み率が計算される。
【0425】
ブランク補正取り込み量:
ブランク補正取り込み量(g)
=ブランク取り込み量(g)−ブランク時間*サンプル蒸発量(g/hr)/3,600(s/hr)
毛管吸引吸着容量(「CSAC」):
CSAC(g/g)
={サンプル取り込み量(g)−(サンプル時間*サンプル蒸発量(g/hr)/3,600(s/hr))−ブランク補正取り込み量(g)}/サンプルの乾燥重量(g)
200cmでの初期有効取り込み率(「IEUR」):
IEUR(g/g/hr)=200cmでのCSAC(g/g)/200cmでのサンプル時間(s)。
【0426】
<報告>
一定の吸収性部材又は一定の高表面積材料について毛管吸着吸収容量(CSAC)を計算するためには各サンプルについて最低2回の測定値を入手し、各高さについて取り込み量を平均化しなければならない。
【0427】
これらのデータを用いて、各数値を計算することができる:
−cmで表される材料が0cmでのその容量(即ちCSAC0)のx%を放出した毛管吸着脱離高さ(CSDHx);
−cmで表される材料が0cmでのその容量(即ちCSAC0)のy%を放出した毛管吸着吸収高さ(CSAHy);
−特に高さゼロ(CSAC0)、及び35cm、40cm、その他の高さでの、単位g{液体の}/g{材料の}で表される一定高さzでの毛管吸着吸収容量(CSACz);
−CSAC0及びCSACzに対する数値の比率である、%で表される一定高さzでの毛管吸着吸収効率(CSAEz)。
【0428】
2種の材料(収集/分配材料として使用されるような第1材料及び液体貯蔵材料として使用される第2材料)が結合されている場合は、第2材料のCSAC値(及び従って各CSAE値)は第1材料のCSDHx値から測定できる。
【0429】
<ティーバッグ遠心分離容量試験(TCC試験)>
TCC試験は特に高吸収性材料のために開発されてきたが、これは他の吸収性材料にも容易に適用できる。
【0430】
ティーバッグ遠心分離容量試験では、吸収性材料における液体保持の尺度であるティーバッグ遠心分離容量値を測定する。
【0431】
吸収性材料は、「ティーバッグ」内に入れ、20分間0.9重量%の塩化ナトリウム溶液中に浸漬させ、その後3分間遠心分離する。保持された液体量対乾燥材料の初期重量の比率がその吸収性材料の吸収容量である。
【0432】
24cm×30cm×5cmの寸法を有するトレイ内に蒸留水中の0.9重量%の塩化ナトリウム2リットルを注入する。液体充填高さは約3cmでなければならない。
【0433】
ティーバッグ・パウチは6.5cm×6.5cmの寸法を有し、ドイツデュッセルドルフにあるティーカン(Teekanne)社から入手可能である。パウチは標準台所用プラスチック袋密封装置(例、ドイツのクルスプ(Krups)社のバックパック2 プラス(VACUPACK2 PLUS))を用いてヒートシール可能である。
【0434】
ティーバッグは部分的に注意深くカットすることによって開封し、その後計量する。+/−0.005gまで正確に計量した吸収性材料の約0.200gのサンプルをティーバッグ内に入れる。このティーバッグをその後ヒートシーラーを用いて密封する。これはサンプル・ティーバッグと呼ばれる。空のティーバッグを密封し、ブランクとして使用する。
【0435】
サンプル・ティーバッグ及びブランク・ティーバッグをその後食塩水の表面上に載せ、完全に湿潤するようにへらを用いて約5秒間浸漬させる(ティーバッグは食塩水の表面上に浮くであろうが、その後完全に湿潤する)。直ちにタイマーをスタートさせる。
【0436】
20分間の浸漬時間後、サンプル・ティーバッグ及びブランク・ティーバッグを食塩水から取り出し、各バッグが遠心分離機バスケットの外壁にくっ付くようにバウネッハト(Bauknecht) WS130、Bosch 772 NZK096又は同等の遠心分離機(230mm径)に配置する。遠心分離機の蓋を閉め、遠心分離機をスタートさせ、速度を1,400rpmまで急速に上昇させる。遠心分離機が1,400rpmで安定したら、タイマーをスタートさせる。3分後、遠心分離機を停止させる。
【0437】
サンプル・ティーバッグ及びブランク・ティーバッグを取り出し、個別に計量する。
【0438】
吸収性材料のサンプルについてのティーバッグ遠心分離容量(TCC)は次のように計算する:
TCC=[(遠心分離後のサンプル・ティーバングの重量)−(遠心分離後のブランク・ティーバングの重量)−(乾燥時吸収性材料重量)]÷(乾燥時吸収性材料重量)
さらに、「区分」カットアウトのような構造又は全吸収体の特定部分も又測定できるが(即ち、その場合は構造又は製品全体の部品として見るが)、そのためにはカッティングは製品の縦軸の測定されたポイントでの製品の全幅に渡って行う。特に、上記のような「股領域」の定義によって、「股領域容量」を測定することが可能になる。その他のカットアウトを使用して「基礎容量」(即ち製品の特定領域の単位面積に含有される容量)を測定することができる。単位面積のサイズ(好ましくは2cm×2cm)に依存して、どの程度の平均化が起こるのかが決まる−当然ながら、サイズが小さいほどより少ない平均化が発生するであろう。
【0439】
<最終貯蔵容量>
吸収体の最終設計貯蔵容量を測定若しくは評価するために、数多くの方法が提案されてきた。
【0440】
本発明の状況では、製品の最終貯蔵容量は個別要素若しくは材料の最終吸収容量の合計であると仮定される。これらの個々のコンポーネントに対して、これらが比較を通して一貫して適用される限りにおいて様々な明確に確立された方法を適用することができる。例えば、高吸収性ポリマー(SAP)のために開発されて明確に確立されたティーバッグ遠心分離容量試験はそうしたSAP材料だけではなく他の材料にも使用できる(上記参照)。
【0441】
個々の材料に対する容量が明らかになると、これらの数値(ml/g)に製品に使用された材料の重量を掛けることによって総製品容量を計算することができる。
【0442】
液体の最終貯蔵以外の専用の機能性(収集層その他のような)を有する材料については、そうした材料は専用最終液体貯蔵材料と比較して実際に極めてほんの僅かな容量値しか有していないか、又はそうした材料は液体が負荷されることが意図されていない、従って他の最終貯蔵材料にそれらの液体を放出しなければならないような最終貯蔵容量は無視できる。
【0443】
<密度/キャリパー/坪量測定>
例えばサンプル・カッターを用いてカットした限定面積の試験片を少なくとも0.1%の精度まで計量する。550pa(0.08psi)の適用圧力下で50mm径の試験面積についてキャリパーを測定する。g/m2で表される単位面積当たりの重量としての坪量、550Paの圧力下でのmmで表されるキャリパー、及びg/cm3で表される密度は容易に計算できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 浸透率試験セットアップの様々な実行を示している。図1は面横断浸透率の測定の簡易試験に関する。
【図2】 浸透率試験セットアップの様々な実行を示している。図2は面内浸透率の簡易試験に関する。
【図3】 浸透率試験セットアップの様々な実行を示している。図3は面横断浸透率の測定の一般試験に関する。
【図4】 浸透率試験セットアップの様々な実行を示している。図4は面内浸透率の測定の一般試験に関する。
【図5】 毛管吸着試験台(キャプソープション)を示している。
【図6】 毛管吸着試験台(キャプソープション)を示している。
【図7】 毛管吸着試験台(キャプソープション)を示している。
【図8】 毛管吸着試験台(キャプソープション)を示している。
【図9】 吸収体の実施例としてのおむつを示している。[0001]
[General Field of the Invention]
The present invention relates to a hygienic absorbent body comprising a fluid distribution member, such as a disposable baby diaper, training pants, an adult urinary incontinence pad, a feminine hygiene product, and the like that exhibits improved performance for distributing liquid in such products. About.
[0002]
[Background / prior art]
In the general field of disposable absorbents and structures, materials that exhibit well-defined fluid distribution characteristics are well known. Such materials, also called Absorbent Gelling Materials or superabsorbent materials or superabsorbents, which provide a good means for storing aqueous liquids such as urine, are the introduction of highly absorbent materials. Has become increasingly important, but does not enhance fluid transport, when suboptimal designs and / or suboptimal materials are used, and often referred to as “gel blocking” If the so-called phenomenon occurs, even a drop in liquid transport may occur. For example, in a structure where the superabsorbent is intimately mixed with cellulosic fibers, a certain critical concentration that is strongly influenced by the choice of the superabsorbent material must be exceeded in order not to deteriorate the effectiveness of the absorbent core. There must not be.
[0003]
As a result, a very large number of absorbent core designs have individual functions, for example by providing not only liquid storage areas or materials but also areas with special properties to enhance fluid collection and / or distribution. And has appeared. Often, one area was aimed at enhancing collection and distribution at the same time.
[0004]
Initially, the requirements for the dispensing material are not very high, for example standard tissue paper materials used for wrap sheets in the core, eg as described in US Pat. No. 3,952,745 (Duncan) It has also been applied to enhance fluid distribution as described in patent 0 343 941 (Reising) or US Pat. No. 4,578,068 (Kramer).
[0005]
Subsequent developments include EP-A-0,397,110 (Latimer), which discloses an absorber with a surge management portion having a specific basis weight, collection time and residual moisture to improve fluid handling. U.S. Pat. No. 4,898,642 (Moore et al.) Discloses specially twisted and chemically cured cellulosic fibers and absorbent structures made therefrom; European Patent No. A-0,640,330 (Bewick Sonntag et al.) Discloses the use of such fibers in specific configurations using special superabsorbent materials.
[0006]
A further approach is aimed at improving the wicking properties of cellulosic equipment, such as US Pat. No. 3,575,174 or US Pat. No. 4,781,710, along the wicking line or closed. In order to increase the wicking height in the mesh pattern, the structure is compressed to form smaller holes.
[0007]
Since some of these materials exhibit an undesirable hard feel, methods for post-formation processing to improve softness are well known. “Post-formation treatment” means after forming and drying the tissue (instead of or in addition to increasing softness during the manufacture or formation of the tissue), eg, to form an absorbent core or product, often. This means the fact that the tissue is mechanically processed in individual process steps just prior to other processing, such as the step of combining tissue with other materials. Examples of such treatment are US Pat. No. 5,117,540 (Walton) or US Pat. No. 4,440,597 (Wells).
[0008]
Another attempt to significantly affect the pore size of the distribution material is to reduce the maximum pore size by stretching the fiber structure with fibers that can be melted in one direction and then “freezing” the deformation by heat curing. The intended US Pat. No. 5,244,482 (Hassenboehler).
[0009]
Furthermore, special material composites have been developed with the aim of being able to adjust the pore size and pore size distribution according to the purpose. Examples of such improvements are described in great detail in US Pat. No. 5,549,589 (Horney et al.) Or PCT application WO 97/38654 (Seger et al.). Both essentially fill the larger pores with small and fine cellulosic fibers such as eucalyptus fibers by using specially cured cellulosic fibers such as cross-linked cellulosic softwood fibers. The purpose is to provide a resilient structure. In both patent applications, the first (US Pat. No. 5,549,589) is the second (WO 97/38654) by adding thermoplastic fibers and further partially melting them. Adding means to provide sufficient integrity and strength to the structure by adding chemical binders.
[0010]
Another approach, such as that disclosed in European Patent Application EP-A-0,810,078 (d'Acchioli et al.), Is thereby explained by a higher liquid outflow ratio at a constant wicking height. Special post-molding mechanical processing of the web is used to provide such improved fluid processing characteristics.
[0011]
In the hope of improving the functionality of the absorber, more specific requirements for distribution materials have emerged so that porous materials can be studied in more detail. To improve the longitudinal fluid distribution, high surface area synthetic fibers were applied to the absorbent structure as described, for example, in US Statuary Invention Registration H1511. Another class of materials is foamable structures such as cellulosic foams such as are commercially available by Spontex SA (France).
[0012]
Other polymer foams for use in the absorbent are disclosed in US Pat. No. 5,268,224 (DesMarais), ie high internal phase polymer materials, but they are used to store liquids And at the same time has the ability to avoid local saturation by spreading the storage liquid throughout the material.
[0013]
However, all these studies have so far been aimed at improving the wicking properties of the dispensing material, such as flow rate, wicking height and wicking time, but are important in the absorber, for example, between multiple loads. In some cases, especially when such materials are not fully saturated, the importance of the dewatering mechanism of the dispensing material by the liquid storage material has not been recognized.
[0014]
OBJECT OF THE INVENTION
Accordingly, one object of the present invention is to provide an improved absorbent body having an improved dewatering function of the distribution member, particularly under low saturation conditions.
[0015]
Another object of the present invention is to provide an improved absorber comprising a material that can transport liquid throughout the absorber, even when saturated to low or medium saturation.
[0016]
Yet another object of the present invention is to provide such a product comprising a liquid storage material having even better capillary absorption performance.
[0017]
【Overview】
The present invention is an absorbent containing a fluid distribution member, the fluid distribution member having a substantially high permeability even in subsaturated conditions, and a fluid storage in liquid communication with the distribution member in the product It has a low Capillary Sorption Absorption Height at 50% of its capacity at 0 cm of the member, which is the Capillary Adsorption Desorption Height at 50% of its capacity at 0 cm of the fluid storage member. Higher than Sorption Desorption Height).
[0018]
Thus, the distribution member has a permeability at 50% of its saturation, which is at least about 14% or more, preferably 18% or more, even more preferably 25% or 35% or more of the permeability at 100% saturation. It is.
[0019]
Accordingly, the first fluid storage member has a CSAH of about 15 cm or more, preferably about 23 cm or more, even more preferably about 27 cm or more, or more preferably about 30 cm or more, and most preferably about 47 cm or more.
[0020]
In another preferred embodiment, the absorber comprises a fluid distribution member that has a permeability at 30% of its saturation, i.e., k (30), which is about 3 of k (100). % Or more, preferably about 5% or more, more preferably about 10% or more of k (100).
[0021]
In another preferred embodiment, the fluid distribution member has a CSDH50 value of less than about 150 cm, more preferably less than about 100 cm, even more preferably less than about 75 cm, and most preferably less than about 50 cm.
[0022]
In one particularly preferred embodiment, the fluid distribution member comprises an open cellular foam that can expand when wet and can collapse again upon discharge of liquid, more preferably the distribution member is of the HIPE type. It has an interconnected open cell hydrophilic and flexible polymer foam structure.
[0023]
In yet another embodiment, the absorber has at least two liquid storage areas, both liquid storage areas being in liquid communication with the fluid distribution member, but preferably at least one of said liquid storage areas is A material exhibiting a capillary adsorption absorption height (CSAH50) at 50% of its maximum capacity of at least about 40 cm.
[0024]
In yet another embodiment of the invention, an absorbent body having such a distribution member can be described by one crotch region and one or more torso regions, wherein the crotch region is a combination of the one or more torso regions. Also has a lower final liquid storage capacity, which is less than 0.9 times the average final fluid storage base volume of the absorbent core, more preferably less than 0.5 times the average final fluid storage base capacity of the absorbent core, and More preferably it can be described by having less than 0.3 times the average final fluid storage base capacity of the absorbent core.
[0025]
In yet another embodiment, the absorbent is a section of less than 49% of the total core final liquid storage capacity, preferably less than 41% of the total core final liquid storage capacity, and even more preferably less than 23% of the total core final liquid storage capacity. It has a crotch region with a final liquid storage capacity.
[0026]
In yet another embodiment of the present invention, the absorbent has a final liquid storage material that provides at least 80% of the total final storage capacity of the absorbent core, preferably 90% or more of the total final storage capacity of the absorbent core. .
[0027]
In yet another embodiment of the invention, the absorbent body has a very low absorption capacity in the crotch region, but preferably at least 50% of the crotch region is essentially free of final storage capacity.
[0028]
In addition, the absorbent body can place less than 50% of the final storage capacity forward from the crotch zone in the front half of the product, and more than 50% of the final storage capacity can be placed in the rear half of the product. it can. Even more preferably, the absorbent body can place less than 33% of the final storage capacity forward from the crotch zone in the front half of the product, and more than 67% of the final storage capacity is placed in the rear half of the product. be able to.
[0029]
[Detailed description]
As used herein, the term “fluid treatment member” typically relates to an absorbent component that provides at least liquid treatment functionality. The absorbent body may comprise one or more various fluid treatment members such as, for example, one or more liquid collection members, one or more fluid distribution members, and / or one or more fluid storage members. Each of these members can comprise one or more subelements that may or may not be homogeneous. That is, each member can be made from one material or several materials. For example, such a member may optionally be composed of sublayers and / or layers having arbitrarily different compositions, densities, or thicknesses.
[0030]
Each of these members can have a special function, for example, primarily providing a collection function or primarily providing a liquid storage function. Alternatively, the member may have multiple functions, such as a very early “cellulose only” diaper in which, for example, cellulose fluff performs simultaneous collection, distribution and final storage functionality.
[0031]
"Storage absorbent member" relates to an absorbent member with an absorbent core that primarily functions to ultimately store the absorbed liquid.
[0032]
A “fluid dispensing member” in the sense of the present invention is a member that meets the requirements described for fluid dispensing functionality, regardless of whether the member also has other liquid handling functions.
[0033]
“Liquid collection member” means a part or absorbent core that is primarily designed to contain liquid as it reaches the absorber.
[0034]
As used herein, the term “absorbent core” refers to an absorbent member that plays a central role in the liquid treatment of the product and thus includes “fluid treatment member”. In certain cases, the topsheet may be considered to provide, for example, a particular liquid collection performance, but the absorbent core itself typically does not include an absorbent topsheet or backsheet.
[0035]
Absorbent cores can be divided into “regions” of the core, but such “regions” can perform the functionality of one or more members outlined above. Thus, the collection region can comprise a collection member (and can also comprise other members) and can comprise a collection member (and only) that can be constructed from the collection material. Alternatively, the collection / distribution region can comprise both a collection member and a distribution member.
[0036]
As used herein, the term “absorber” refers to a device that absorbs and contains bodily excretion, and more particularly, to the wearer's body to absorb and contain various excretions excreted from the body. The present invention relates to a tool that is brought into contact with or disposed in the vicinity. The term “body fluid” as used herein includes, but is not limited to, urine, menstruation, vaginal discharge, sweat and stool.
[0037]
The term “disposable” is not intended to be washed as an absorbent or otherwise restored or reused (ie, discarded after use and preferably recycled, composted or otherwise compatible with the environment) Used to describe an absorber) that is intended to be disposed of in a manner.
[0038]
As used herein, the term “Z dimension” relates to a dimension orthogonal to the length and width of a member, core or product. The Z dimension usually corresponds to the thickness of the member, core or product. As used herein, the term “XY dimension” relates to a plane perpendicular to the thickness of a member, core or product. The XY dimensions usually correspond to the length and width of each member, core or product.
[0039]
As used herein, the term “region” or “zone” relates to a portion or section of the absorbent member. Thereby, the region or zone may be two-dimensional (front / rear) or three-dimensional (like a collection region having a three-dimensional extension even if it is in the form of a layer).
[0040]
As used herein, the term “layer” relates to an absorbent member whose primary dimension is XY, ie, an absorbent member having a primary dimension along its length and width. It should be understood that the term “layer” is not necessarily limited to a single layer or sheet of material. Thus, the layer can comprise a laminate or combination of several sheets or webs of the required type of material. Thus, the term “layer” includes the terms “layers” and “layered”.
[0041]
For the purposes of the present invention, the term “above” should be understood to refer to an absorbent body, such as the layer closest to the wearer of the absorbent body, and more typically the layer facing the absorbent topsheet. On the contrary, the term “downward” relates to an absorbent member that is furthest away from the wearer of the absorbent body and that typically faces the backsheet.
[0042]
All percentages, ratios and ratios used herein are calculated by weight unless otherwise indicated.
[0043]
<Absorber-General description>
The absorber generally comprises:
An absorbent core or core structure (which may comprise an improved fluid distribution member according to the invention and may further comprise a substructure);
A liquid permeable topsheet;
-Liquid impervious backsheet:
Optionally further features such as closure elements or resilience.
[0044]
FIG. 9 is a plan view of an exemplary embodiment of the absorbent body of the present invention which is a diaper.
[0045]
The diaper 20 is flattened in FIG. 9 so that the structure of the diaper 20 is more clearly shown and the outer surface 52 not facing the wearer makes the person looking at the view unnoticeable. Is shown in a non-shrinked state (i.e., the elasticity-induced contraction is stretched except for the side panels that remain elastic in the relaxed state). As shown in FIG. 9, the diaper 20 is preferably a liquid permeable topsheet 24, a liquid impervious backsheet 26 bonded to the topsheet 24, and between the topsheet 24 and the backsheet 26. A closed system comprising a double tension fastening system, generally designated as 36, and an absorbent core 28 disposed in the body; a resilient side panel 30; a resilient leg cuff 32; an elastic body feature 34; A containment assembly 22. The double tension fastening system 36 preferably comprises a primary fastening system 38 and a barrel closure system 40. The primary fastening system 38 preferably comprises a pair of fixing members 42 and landing members 44. It is shown in FIG. 9 that the torso closure system 40 preferably comprises a pair of first attachment component 46 and second attachment component 48. The diaper 20 further comprises an alignment patch 50 that is preferably disposed below each first mounting component 46.
[0046]
As shown in FIG. 9, the diaper 20 faces the outer surface 52 (facing the person viewing FIG. 9), the inner surface 54 on the opposite side of the outer surface 52, the first body region 56, and the first body region 56. It has a matching second body region 58 and an outer periphery 60 defined by the outer edge of the diaper 20, where the longitudinal edge is designated 62 and the edge is designated 64. The inner surface 54 of the diaper 20 includes a portion of the diaper 20 that is disposed adjacent to the wearer's body during use (ie, the inner surface 54 is generally coupled to at least a portion of the topsheet 24 and the topsheet 24). Formed from other components). The outer surface 52 comprises a portion of the diaper 20 that is positioned away from the wearer's body (ie, the inner surface 52 is generally formed from at least a portion of the backsheet 26 and other components coupled to the backsheet 26. ) The first body region 56 and the second body region 58 each extend from the edge 64 of the outer periphery 60 to the transverse center line 66 of the diaper 20. Each torso region includes a central region 68 and a pair of side panels that typically comprise the outer portion of the torso region. The side panel disposed in the first body region 56 is designated by 70, while the side panel in the second body region 58 is designated by 72. Although a pair of side panels or each side panel need not be identical, they are preferably the other mirror image. The side panel 72 disposed in the second body region 58 may be stretchable in the transverse direction (ie, the elastic side panel 30). (The transverse direction (X direction or width) is defined as the direction parallel to the transverse centerline 66 of the diaper 20; the longitudinal direction (Y direction or length) is defined as the direction parallel to the longitudinal centerline 67. And the axial direction (Z direction or thickness) is defined as the direction extending through the thickness of the diaper 20.
[0047]
FIG. 9 illustrates the use of a diaper 20 having a length and width dimension where the topsheet 24 and backsheet 26 are generally larger than the topsheet and backsheet of the absorbent core 28. The topsheet 24 and backsheet 26 extend beyond the edges of the absorbent core 28 to thereby form the outer periphery 60 of the diaper 20. The outer periphery 60 defines the outer periphery, or in other words, the edge of the diaper 20. The outer periphery 60 includes a longitudinal edge 62 and an edge 64.
[0048]
Each resilient leg cuff 32 may be configured to resemble any of the leg bands, side flaps, barrier cuffs, or resilient cuffs described above, but each resilient leg cuff 32 may be constructed, for example, from U.S. Pat. No. 4, cited above. , 909, 803, at least an inner barrier cuff 84 having a barrier flap 85 and a spacing resilient member 86. In certain preferred embodiments, the resilient leg cuff 32 further includes one or more elastic strands 105 disposed on the outside of the barrier cuff 84 as described, for example, in US Pat. No. 4,695,278 cited above. With an elastic gas kettle cuff 104.
[0049]
Further, the diaper 20 may include an elastic body feature 34 that provides improved adaptation and containment. The elastic body feature 34 extends at least longitudinally outward from at least one of the body edges 83 of the absorbent core 28 at least in the central region 68 and generally forms at least a portion of the edge 64 of the diaper 20. To do. Accordingly, the elastic torso feature 34 comprises at least a diaper portion that extends from the torso edge 83 of the absorbent core 28 to the end edge 64 of the diaper 20 and is intended to be positioned adjacent to the wearer's torso. . Disposable diapers are generally configured to have two elastic body functions, one disposed in the first body region and the other disposed in the second body region.
[0050]
The elastic waistband 35 of the elastic waist feature 34 is disposed between a portion of the topsheet 24, preferably a portion of the backsheet 26 that is mechanically extended, and between the topsheet 24 and the backsheet 26. A double laminate material comprising an elastomeric member 76 and a resilient member 77 disposed between the backsheet 26 and the elastomeric member 76 can be provided.
[0051]
The diaper components as well as other components are described in further detail in WO 93/16669, incorporated herein by reference.
[0052]
<Absorbent core>
The absorbent core is generally compressible and comfortable, must be non-irritating to the wearer's skin, and must be able to absorb and retain fluids such as urine and certain body excretion. As shown in FIG. 9, the absorbent core has a garment surface (“lower” or “lower” portion), a body surface, a side edge, and a torso edge. In addition to the fluid distribution member according to the present invention, the absorbent core is, for example, ground wood pulp, commonly referred to as air felt; meltblown polymer containing coform; chemically cured, modified or cross-linked Cellulosic fibers; with a wide variety of liquid absorbent or liquid treatment materials commonly used in disposable diapers and other absorbent bodies, including but not limited to tissue paper including tissue wrap and tissue laminate be able to.
[0053]
General examples of absorbent structures are given in US Pat. No. 4,610,678 entitled “High-Density Absorbent Structures” issued September 9, 1986 to Weisman et al. U.S. Pat. No. 4,673,402 entitled “Abosrbent Articles With Dual-Layered Cores” issued to Weisman et al. On May 16, 2009; Angstadt on December 19, 1989 U.S. Pat. No. 4,888,231 entitled "Absorbent Core Having A Dusting Layer" issued to the U.S. Patent No. 0-0640 330; Bewick-Sontag et al. No. 5,180,622 (Berg et al.); US Pat. No. 5,102,597 (Roe et al.); US Pat. No. 5,387,207 (LaVon). Such structures and similar structures can be adapted to meet the requirements outlined below for use as the absorbent core 28.
[0054]
The absorbent core may be a single core structure, or it may be a combination of several absorbent structures that can in turn consist of one or more substructures. Each of the structures or substructures can have a substantially two-dimensional extension (ie, layer) or three-dimensional shape.
[0055]
<Absorber area>
In general, absorbent hygiene products are intended to be worn around the lower end of the fuselage. The essential design feature of these products is to cover the body area (“drain area”) where the discharge occurs, extending around each body opening. Each zone of the absorber covering the discharge area is correspondingly called a “load zone”. Thus, in use, the products are generally placed on the wearer so that they extend upwards from the crotch between the legs (relative to the wearer's standing posture) both before and after the wearer.
[0056]
In general, such products have a length dimension that exceeds their width dimension so that when the wearer is standing, the axis of the length dimension is aligned with the height direction of the wearer, The product is worn so that the width dimension of the product is aligned with the line extending from left to right of the wearer.
[0057]
Due to the human wearer's anatomy, the gap between the wearer's legs generally limits the gap available for the product in this area. In order to fit well, the absorber must also be designed so that it fits well into the area. If the width of the product is too wide compared to the wearer's crotch width, the product may be deformed, which may result in poor performance and reduced wearer comfort.
[0058]
The point at which the product has the smallest width to best fit between the wearer's legs coincides with the point on the wearer where the distance between the feet is the narrowest, and further within the scope of the present invention. It is called “Crotch Point”.
[0059]
If the crotch point of the product is not obvious from its shape, place the product in a standing position, preferably on the wearer of the intended user group (eg, a toddler child), and then the figure 8 shape It can be measured by placing a stretchable filament around the leg. The point of the product that corresponds to the intersection of the filaments is considered to be the crotch point of the absorbent core that is secured within the product and consequently the product.
[0060]
The crotch point of this product is often in the middle (in the longitudinal direction) of the product, but this is not always true. It can certainly be that the part in front of the product that is to be installed is smaller than the back (back) in either its length dimension, width, or both, or surface area. Similarly, the crotch point need not be located in the center of the absorbent core, particularly if the absorbent core is not centered longitudinally within the product.
[0061]
The crotch region is a region surrounding the crotch point so as to cover each body opening which is a discharge region. Unless otherwise stated, this region spans 50% of the length of the core (which is defined as the distance between the front and back barrel edges of the core approximating a straight line perpendicular to the longitudinal centerline). Is growing. When the crotch point is located in the center of the product, the crotch region (when taken into account from the core leading edge) starts at 25% of the total length of the core and extends to 75% of the total length of the core. Alternatively, the front and rear quarters of the length of the absorbent core do not belong to the crotch region and the rest belong to the crotch region.
[0062]
The crotch region length, which is 50% of the total length of the absorbent core, has been derived for baby diapers, but in this case it has been established that this is an appropriate means to explain the fluid treatment phenomenon. ing. When the present invention is applied to products with significantly different dimensions, these 50% are reduced (as in the case of severe urinary incontinence products) or this ratio is increased (very mild or mild urinary incontinence products) May be necessary). Broadly speaking, this crotch area of this product should not extend far beyond the wearer's drainage area.
[0063]
Even when the crotch point is offset from the center point of the product, the crotch region covers 50% of the total product length (in the longitudinal direction). However, in some cases, it is not evenly distributed between the front and the rear, and is adjusted in proportion to this deviation.
[0064]
As an example of a product having a total core length of 500 mm and a centrally located crotch point, the crotch region would extend from a position 125 mm away from the leading edge to a position 375 mm away from the leading edge. Or, if the crotch point is offset 50 mm towards the core leading edge (ie, 200 mm away from the core leading edge), the crotch region extends from 100 mm to 350 mm.
[0065]
Roughly speaking, LcCore length, distance L from core leading edgecpCrotch point away, and LczFor products having a crotch zone length of the crotch zone, the leading edge of the crotch zone will be positioned at the following distance:
Lfecz= Lcp *(1-Lcz/ Lc)
For example, the absorbent body can be a baby diaper for a toddler to wear (ie, an infant weighing about 12-18 kg) whose size of the marketed product is commonly referred to as the MAXI size. In that case, the product must be able to accommodate and hold both stool and urine, whereas in the context of the present invention, the crotch region must be able to primarily accommodate urine loads.
[0066]
The total area and size of the crotch region naturally depends on the width of the absorbent core. That is, in the crotch region, when the core is narrower than the outside of the crotch region, the crotch region has an area (surface area) that is smaller than the remaining area of the absorbent core.
[0067]
Although it can be expected that the boundary between the crotch region and the rest of the product is curvilinear, they are estimated within the present description to be a straight line perpendicular to the longitudinal axis of the product.
[0068]
The “crotch region” is further limited by the width of the core in each region, and the “crotch region area” is further limited by the surface area as defined by the crotch region length and each width.
[0069]
As a complementary element for the crotch region, the absorbent core further comprises at least one, but at most two, a torso region extending toward the front and / or back of the absorbent core outside the crotch region. .
[0070]
<Design capacity and final storage capacity>
It has been discovered that “design capacity” is a suitable means because the absorbers can be compared for different end use conditions or for different sized products.
[0071]
For example, an infant represents a typical use group, but even within this group, the amount of urine load, the frequency of the load, and the composition of the urine are on the one hand from small infants (newborns) to toddlers and the other So, for example, it will vary quite widely between the various individual infants.
[0072]
Another group of users may be old-aged infants who are still in trouble with some form of urinary incontinence.
[0073]
In addition, adults with urinary incontinence can use such products under a wide range of loading conditions, from what is commonly referred to as mild urinary incontinence to the range of severe urinary incontinence.
[0074]
Those skilled in the art will be able to easily move this teaching to other sizes for more detailed discussion, but here we will focus on the toddler size. For such users, a urine load up to 75 ml per urination, a total load of 300 ml as a result of an average of 4 urinations per wearing period, and a urination rate of 15 ml / sec are well represented. It has been discovered that
[0075]
From there, such products that can address such requirements must have the ability to accommodate such amounts of urine, which in more detailed discussion is referred to as “design capacity”.
[0076]
These fluid volumes must ultimately be absorbed by body fluids, or at least those materials that can store these aqueous parts, so that little liquid remains on the surface of the product, if any, facing the wearer's skin. . The term “final” relates to situations like those in absorbent bodies that in some cases have a long wearing time, but in other cases to absorbent materials that reach their “final” capacity when equilibrated with their environment. This can be in such an absorber that is under real-use conditions after a long wearing time, or in a test method for a pure material or material composite. Many of the processes under consideration have asymptotic dynamic behavior, so that one skilled in the art will be “final” when the actual capacity reaches a value sufficiently close to the asymptotic end point, for example, compared to the instrument measurement accuracy. You will consider that capacity has been reached.
[0077]
The absorbent body can comprise materials that are primarily designed to ultimately store fluids, and other materials that are designed primarily to fulfill other functions such as fluid collection and / or distribution. As such, a suitable core material according to the present invention can be described without artificially attempting to separate such functions, since it can still have a certain final storage capacity. Nevertheless, the final storage capacity can be measured for the total absorbent core, its region, absorbent structure, or even the substructure, and also for the materials used in any of the above.
[0078]
As discussed above with respect to changing product dimensions, those skilled in the art will readily be able to adapt the appropriate design capacity for other groups of users.
[0079]
<Materials used in absorbent core>
The absorbent core for the present invention can comprise a fibrous material for forming a fibrous web or fibrous matrix.
[0080]
Fibers useful in the present invention include those that are naturally occurring fibers (modified or unmodified) as well as synthetically produced fibers. Suitable non-modified / modified naturally occurring fibers include cotton, esparto, bagasse, coarse wool, flax, silk, wool, wood pulp, chemically modified wood pulp, jute, rayon, ethyl cellulose, and cellulose acetate . Suitable synthetic fibers include polyvinyl chloride, polyvinyl fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene chloride, polyacrylics such as ORLON®, polyvinyl acetate, polyethyl acetate, insoluble or soluble polyvinyl alcohol, polyethylene (Eg, PULPEX®) and polyolefins such as polypropylene, polyamides such as nylon, polyesters such as DACRON® or KODEL®, polyurethanes, polystyrenes and others be able to. The fibers used can comprise a naturally occurring fiber alone, a synthetic fiber alone, or any suitable combination of naturally occurring and synthetic fibers. The fibers used in the present invention may be hydrophilic or may be a combination of both hydrophilic and hydrophobic fibers.
[0081]
For many absorbent cores or core structures according to the present invention, the use of hydrophilic fibers is preferred. Suitable hydrophilic fibers for use in the present invention include cellulosic fibers, modified cellulosic fibers, rayon, polyester fibers such as polyethylene terephthalate (eg, DACRON®), hydrophilic nylon (HYDROFIL®). Trademark)). Suitable hydrophilic fibers are also hydrophobic, such as surfactant-treated or silica-treated thermoplastic fibers derived from polyolefins such as polyethylene or polypropylene, polyacrylics, polyamides, polystyrenes, polyurethanes and others. It can also be obtained by making the fibers hydrophilic.
[0082]
Suitable wood pulp fibers can be obtained from a number of well known chemical processes including, but not limited to, kraft and sulfite processes. Another suitable type of fiber is chemically cured cellulose. As used herein, the term “chemically cured cellulosic fiber” means a cellulosic fiber that has been cured by chemical means to increase the stiffness of the fiber under both dry and aqueous conditions. . Such means can include, for example, the addition of chemical curing agents that coat and / or impregnate the fibers. Such means may also include the step of curing the fibers by changing the chemical structure, for example by cross-linking the polymer chains.
[0083]
Polymeric curing agents that can coat or impregnate cellulosic fibers include: Nitrogen as available from National Starch and Chemical Corp. (Bridgewater, NJ, USA). Cationic modified starches having a content group (eg, amino group); latexes; polyamides which are polyacrylamide resins described in US Pat. No. 3,556,932 (Coscia et al.) Issued on January 19, 1971 Wet strength resin such as epichlorohydrin resin (eg, Kymene® 557H, Hercules, Inc. (Wilmington, Del., USA)); trademark of Parez® 631NC In American Cyanamid Co. (Stanford) Commercially available polyacrylamides sold by the United States, Connecticut; Urea formaldehyde and melamine formaldehyde resins, and polyethyleneimine resins.
[0084]
These fibers can also be cured by chemical reaction. For example, the crosslinking agent can be applied to fibers in which interfiber cross-linking is chemically induced following application. These crosslinks can increase the stiffness of the fiber. The use of interfiber crosslinks is preferred for chemically curing the fibers, but this does not mean excluding other types of reactions for chemically curing the fibers.
[0085]
Fibers cured by cross-linking in individualized form (i.e., individualized cured fibers and processes for preparing them) are described, for example, in U.S. Pat. No. 3, issued December 21, 1965. No. 224,926 (Bernardin); U.S. Pat. No. 3,440,135 issued on April 22, 1969 (Chung); U.S. Pat. No. 3,932,209 issued on Jan. 13, 1976. (Chatterjee); and US Pat. No. 4,035,147 issued December 19, 1989 (Sangenis et al.); US Pat. No. 4,898,642 d issued February 6, 1990 (Moore et al.). And U.S. Pat. No. 5,137,537 (Herron et al.) Issued Aug. 11, 1992.
[0086]
In presently preferred cured fibers, the chemical process involves interfiber cross-linking using a cross-linking agent, but such fibers are substantially dehydrated and the fibers are disaggregated (ie, individualized) and twisted and curled. . Suitable chemical curing agents are typically C, such as citric acid.2-C9A monomer crosslinking agent containing a polycarboxylic acid. Preferably, such cured fibers are twisted and curled as described in more detail in US Pat. No. 4,898,642.
[0087]
These chemically cured cellulosic fibers have certain properties that make them particularly useful in certain absorbent structures according to the present invention as compared to uncured cellulosic fibers. In addition to being hydrophilic, these cured fibers have a unique combination of stiffness and flexibility.
[0088]
Additionally or alternatively, the absorbent structure can be provided with synthetic or thermoplastic fibers such as those made from any thermoplastic polymer that can be melted at temperatures that do not extensively damage the fibers. Preferably, the melting point of the thermoplastic material will be less than about 190 ° C and preferably between about 75 ° C and about 175 ° C. In any case, the melting point of this thermoplastic material must never be lower than the temperature that would be stored when the heat bonded absorbent structure is used in the absorbent body. The melting point of the thermoplastic material is typically not less than about 50 ° C.
[0089]
Thermoplastic materials, and in particular thermoplastic fibers, are polyolefins such as polyethylene (e.g. PULPEX®) and polypropylene, polyesters, copolyesters, polyvinyl acetate, polyamides, copolyamides, polystyrenes, It can be made from a variety of thermoplastic polymers including polyurethanes and any of the above copolymers such as vinyl chloride / vinyl acetate and others. Suitable thermoplastic materials include hydrophilic such as surfactant-treated or silica-treated thermoplastic fibers derived from polyolefins such as polyethylene or polypropylene, polyacrylics, polyamides, polystyrenes, polyurethanes and others. Hydrophobic fibers are included. The surface of the hydrophobic thermoplastic fiber may be coated with surfactant as part of the polymer that is melted when, for example, spraying the surfactant onto the fiber, dipping the fiber into the surfactant, or making the thermoplastic fiber. By including it, it can be rendered hydrophilic by treatment with a surfactant such as a nonionic or anionic surfactant. Upon melting and resolidification, the surfactant will tend to stay on the surface of the thermoplastic fiber. Suitable surfactants include nonionic surfactants such as Brij® manufactured by ICI Americas, Inc. of Wilmington, Del. And the trademark of Pegosperse®. At Glyco Chemical, Inc. of Greenwich, Connecticut. The various surfactants sold by are included. In addition to nonionic surfactants, anionic surfactants can also be used. These surfactants can be applied to thermoplastic fibers, for example, at a level of about 0.2 to about 1 g per cubic centimeter of thermoplastic fiber.
[0090]
Suitable thermoplastic fibers can be made from a single polymer (monocomponent fibers) or can be made from one or more polymers (eg, bicomponent fibers). For example, a “bicomponent fiber” may refer to a thermoplastic fiber comprising a core fiber made from one polymer that is enclosed in a thermoplastic sheath made from a different polymer. Polymers with a sheath often melt at a lower temperature, typically different from polymers with a core. As a result, these bicomponent fibers provide thermal bonding due to the melting of the sheath polymer, while retaining the desirable strength characteristics of the core polymer.
[0091]
Bicomponent fibers suitable for use in the present invention can include sheath / core fibers having the following polymer combinations: polyethylene / polypropylene, polyethyl vinyl acetate / polypropylene, polyethylene / polyester, polypropylene / polyester, copolyester. / Polyester etc. Particularly suitable bicomponent thermoplastic fibers for use herein are those having a polypropylene or polyester core and a sheath of copolyester, polyethyl vinyl acetate or polyethylene that melts at lower temperatures (eg, DANAKLON®). ), CELBOND (registered trademark) or CHISSO (registered trademark) bicomponent fiber). These bicomponent fibers may be concentric or eccentric. As used herein, the terms “concentric” and “eccentric” relate to whether the sheath has a uniform or non-uniform thickness through the cross-section of the bicomponent fiber. Eccentric bicomponent fibers may be desirable when providing higher compressive strength when the fiber thickness is small. Bicomponent fibers suitable for use herein can either be crimped (ie, bent). Bicomponent fibers are typically crimped by typical textile means such as, for example, a stuffer boy method or gear crimp method to achieve primarily two-dimensional or “flat” crimping be able to.
[0092]
In the case of thermoplastic fibers, their length may vary depending on the specific melting point and other properties desired for these fibers. Typically, these thermoplastic fibers have a length of about 0.3 to about 7.5 cm, preferably about 0.4 to about 3.0 cm. The properties of these thermoplastic fibers including the melting point can be adjusted by changing the fiber diameter (caliper). The diameter of these thermoplastic fibers is typically defined by either denier (grams per 9,000 meters) or decitex (grams per 10,000 meters dtex). Depending on the particular arrangement within the structure, suitable thermoplastic fibers may have a decitex clearly in the range well below 1 dtex, for example 0.4 dtex to about 20 dtex.
[0093]
The fibrous material may be used in individualized form when an absorbent is manufactured and an airlaid fibrous structure is immediately formed. The fiber may also be used as a preform fiber web or tissue. . These structures will then be supplied to manufacture products that are substantially endless or very long (eg, on rolls, spools) and then cut to the appropriate size. This can be done individually for each such material when the core itself is cut and the material is coextensive with the core before they are combined with other materials to form an absorbent core. .
[0094]
There are a wide variety of ways to produce such webs, but such processes are clearly known in the art.
[0095]
In principle there are few restrictions on the fibers used to make such webs, but the process of molding and bonding certain specialty webs may not be completely compatible with certain materials or fiber types. is there.
[0096]
Looking at the individualized fibers as starting materials for making the web, they can be placed in a fluid medium-if it is gaseous (air), such a structure is generally "dry-laid" And when it is a liquid, such a structure is commonly called "wet-laid". “Wet-Laying” is widely used to produce tissue papers with a wide range of properties. The term is most commonly used with cellulosic materials, but synthetic fibers can also be included.
[0097]
“Dry-laying” is widely used for nonwoven webs, but carding processes can often be used to form such webs. Similarly, the commonly known “airlaid tissue” also falls into this category.
[0098]
The molten polymer can be extruded into fibers that can then be directly molded into a web (ie, the process steps to produce individual fibers that are then molded into the web in separate process steps are omitted). The resulting structure is generally referred to as a meltblown nonwoven, or a spunbonded web if the fibers are drawn out significantly more.
[0099]
In addition, the web can also be formed by combining one or more other forming technologies.
[0100]
These are generally combined to give the web structure certain strength and integrity characteristics. The most widely used technologies are (a) chemical bonding, or (b) thermal bonding by melting a portion of the web. For the latter, the fibers can be compressed to produce separate bond points that can cover a significant portion of the entire area, for example, 20% for nonwoven materials. Alternatively, an “air-through” bonding method can be applied, which is particularly useful for structures where low density is desired, in which case a portion of the polymer, eg a sheath material of BiCo fibers, passes through the (often air-laid) web. To be melted by heated air.
[0101]
After the web is formed and bonded, they can be further processed to modify certain properties. This may be an additional surfactant for making hydrophobic fibers more hydrophilic, or vice versa, as one of many possible examples. Similarly, post-molding mechanical processing such as disclosed in European Patent Application No. 96108427.4 can be used to impart particularly useful properties to such materials.
[0102]
In addition to or in place of the fibrous web, the absorbent core can also comprise other porous materials such as foam. A preferred foam is an open cellular absorbent polymer foam material such as is derived by polymerizing a high internal phase W / O (water-in-oil) emulsion (hereinafter referred to as HIPE). Such polymer foams can be shaped to provide the required storage properties as well as the required distribution properties.
[0103]
A HIPE-derived foam that provides both the necessary distribution and storage properties for use herein is a co-pending application filed November 25, 1995, the disclosure of which is hereby incorporated herein by reference. Patent application Ser. No. 08 / 563,866 (DesMarais et al.) (Hereinafter referred to as the “866 application”); a simultaneous application filed on October 13, 1995, the disclosure of each of which is hereby incorporated herein by reference. Pending US patent application Ser. No. 08 / 542,497 (Dyer et al.); US Pat. No. 5,387,207 issued on Feb. 7, 1995 (Dyer et al.); And November 9, 1993 It is described in issued US Pat. No. 5,260,345 (DesMarais et al.).
[0104]
The polymer foam useful in the present invention is relatively open-celled. This means that the individual cells of the form are in complete communication with neighboring cells without any interference. Cells in such a substantially open cellular foam structure are inter-cell openings or “windows” that are large enough to allow easy liquid movement within the foam structure from one cell to another. Have
[0105]
These substantially open cellular foam structures generally have a reticulated feature with individual cells defined by a plurality of interconnected three-dimensionally branched webs. . The strands of polymer material that make up these branched webs can be referred to as “struts”. The foam material used here is “open-cell” if at least 80% of the cells in the foam structure are at least 1 micrometer in size are in liquid communication with at least one adjacent cell.
[0106]
In addition to being open-celled, these polymer foams are sufficiently hydrophilic to allow the foam to absorb the amount of aqueous fluid specified below. The inner surface of the foam structure is rendered hydrophilic by residual hydrophilizing surfactant left in the foam structure after polymerization or by selected post-polymerization foam processing methods.
[0107]
The polymer foam can be prepared in a collapsed (ie, unexpanded) form, and the polymer foam expands to absorb such fluid when contacted with an aqueous fluid. See, for example, co-pending US patent application Ser. No. 08 / 563,866 and US Pat. No. 5,387,207. These collapsed polymer foams are typically obtained by squeezing the aqueous phase from the polymerized HIPE foam through compressive force and / or by thermal drying and / or vacuum dehydration. After compression and / or after heat drying and / or vacuum dehydration, the polymer foam is in a collapsed or unexpanded state. Alternatively, such foams are non-collapsible, such as described in co-pending applications, US patent application Ser. No. 08 / 542,497 and US Pat. No. 5,260,345. It may be a form.
[0108]
<Superabsorbent polymer or hydrogel>
Optionally and often preferably, the absorbent structure according to the present invention may comprise a superabsorbent polymer, or hydrogel. Hydrogel-forming absorbent polymers useful in the present invention include a variety of substantially water-insoluble, but water-swellable polymers that can absorb large amounts of liquid. Such polymeric materials are also commonly referred to as “hydrocolloid” or “superabsorbent” materials. These hydrogel-forming absorbent polymers preferably have a large number of anionic functional groups such as, for example, sulfonic acids, and more typically carboxyl groups. Examples of polymers that are suitable for use herein include those prepared from polymerizable unsaturated acid-containing monomers.
[0109]
Some non-acidic monomers can also be included, usually in small amounts, when preparing the hydrogel-forming absorbent polymer. Such non-acidic monomers include, for example, water-soluble or water-dispersible esters of acid-containing monomers and monomers that contain no carboxylic acid groups or sulfonic acid groups. Examples of such known materials are U.S. Pat. No. 4,076,663 (Masuda et al.) Issued on Feb. 28, 1978 and U.S. Pat. No. 4,062,817 issued on Dec. 13, 1977. (Westerman).
[0110]
Hydrogel-forming absorbent polymers compatible with the present invention contain carboxyl groups. These polymers include hydrolyzed starch-acrylonitrile graft copolymers, partially neutralized starch-acrylonitrile graft copolymers, starch-acrylic acid graft copolymers, partially Neutralized starch-acrylic acid graft copolymers, saponified vinyl acetate-acrylic ester copolymers, hydrolyzed acrylonitrile or acrylamide copolymers, mild of any of the above copolymers Network-crosslinked polymers, partially neutralized polyacrylic acid, and partially neutralized polyacrylic acid lightly cross-linked polymers. These polymers can be used either alone or in the form of a mixture of two or more different polymers. Examples of these polymeric materials are US Pat. No. 3,661,875, US Pat. No. 4,076,663, US Pat. No. 4,093,776, US Pat. No. 4,666,983, and US This is disclosed in Japanese Patent No. 4,734,478.
[0111]
The most preferred polymeric materials for use in making hydrogel-forming particles are partially neutralized polyacrylic acid lightly crosslinked polymers and their starch derivatives. Most preferably, the hydrogel-forming particles comprise from about 50 to about 95%, preferably about 75% neutralized, lightly network crosslinked polyacrylic acid (ie, sodium polyacrylate / polyacrylic acid). .
[0112]
As mentioned above, the hydrogel-forming absorbent polymer is preferably lightly cross-linked. The network crosslinks serve to make the polymer substantially insoluble in water and further determine, in part, the absorption capacity and extractable polymer content characteristics of the precursor particles and the resulting macrostructure. Processes for network cross-linking of polymers and typical network cross-linking agents are described in greater detail in US Pat. No. 4,076,663 and German Patent A-4,020,780 (Dahmen), cited above. Are listed.
[0113]
The superabsorbent material can be used in particulate or fibrous form and can also be combined with other elements to form a preform structure.
[0114]
Although individual elements have been disclosed individually so far, an absorbent structure or substructure can be made by further combining one or more of these elements.
[0115]
Without intending to have a limiting effect, the following describes the appropriate combinations:
i) Special superabsorbent polymer (SAP) mixed with cellulosic or other fibers. Although the basic principles are well established and well known, SAP-to-fibers are being used in ever-increasingly higher weight ratios in an attempt to reduce product thickness. Within the scope of the present invention, SAP and binders such as hot melt adhesives (for example disclosed in EP-A-0,695,541) or fusible polymer materials (for example PE particles). The combination with may be an appropriate tool to immobilize the SAP;
ii) SAP that forms a substructure by interparticle cross-linking;
iii) Fibrous SAP mixed with other fibers or forming a fibrous SAP web;
iv) A foam structure having different pore sizes and the like.
[0116]
<Improved absorber>
Having generally described the absorbent body and appropriate members, materials, structures, components and subcomponents, the following is a requirement for fluid storage members and fluid distribution members according to the present invention and adapted for use with such members The material to be used will be described.
[0117]
<Improved distribution member>
The requirements for the dispensing member can be determined by looking at either the member or the material contained in the member. Accordingly, the requirements listed in this description must be met for all members or each material therein.
[0118]
Thus, a dispensing member or material useful for such a member according to the present invention can be described by the following important parameters:
First, the permeability (k100) of the member or material at full saturation. Conventional dispensing materials have low resistance to liquid flow (ie, high permeability) and sufficient capillary pressure to provide, for example, wicking properties (ie, low permeability) as a result of smaller pore sizes. This permeability was balanced so that the optimal value between and could be found. Permeability (k100) at full saturation is generally greater than 1 Darcy (1 Darcy is 9.869)*10-13m2Preferably 2 Darcy or more, or even 8 Darcy or more, or even more preferably 100 Darcy or more. Complete saturation can be measured as the maximum uptake corresponding to the result of the capillary absorption capacity at 0 cm height (CSAC0) by a Capsorption test as described below.
[0119]
Second is the dependence of permeability on saturation. This property has not been taken into account in previous material design considerations, and conventional materials have a behavior that is not significantly proportional. That is, the actual permeability at less than 100% saturation is significantly lower than that obtained for the linear relationship between actual permeability and saturation.
[0120]
Third, the capillary adsorption pressure, that is, the capillary adsorption / desorption pressure as measured in the capillary absorption test described below. This parameter describes the ability of the material or member to release liquid to fulfill their role as a distribution element in the absorber.
[0121]
In addition, and often preferably, the dispensing material may meet high liquid outflow ratio requirements in a vertical wicking flow test as described below. Preferably, the material is at least 0.045 g / cm at a wicking height of 15 cm.2/ Sec, preferably 0.06 g / cm2/ Sec or more, more preferably 0.10 g / cm2Provides a flow rate of at least / sec.
[0122]
Careful selection of materials that meet the correct balance of these parameters can realize significant advantages for the absorbent structure and / or each product.
[0123]
First, the fluid dispensing materials are easily dehydrated after they are loaded, such as in the case of a urine jet. This is important in order to be ready to accept subsequent loads as these materials often occur in real use.
[0124]
Second, these materials allow for a more uniform fluid distribution of the liquid, even at loads that are significantly smaller compared to the design capacity. This is intended to maintain an improved fit for the wearer by avoiding a high degree of liquid accumulation in certain areas of the product, but rather a design aimed at even distribution of the stored liquid More important for.
[0125]
Third, if the material meets the higher flow requirements, the liquid can be dispensed well and quickly even against gravity. This becomes particularly important when the final storage of the liquid is intended to be remote from the load zone or region. Thus, these materials are particularly useful in core designs such as those described in PCT application US Ser. No. 97/05046, filed Mar. 27, 1997.
[0126]
The permeability of the material or member is measured by the permeability test described below.
[0127]
Without being bound by theory, the actual permeability k {S} has a dependence on saturation that can be approximated by the following equation for many related systems (according to J. Bear, Haifa). "Dynamics of fluids in porous media", publisher Dover Publications, Inc., New York, 1988, especially pages 461 and later, see also 491 and later):
k {S} = k {100}*{SSDP}
Where k represents the permeability in Darcy units; and SDP represents an infinite exponent or saturation dependent parameter that accounts for non-proportional behavior. S means a degree of saturation in the range of 0 to 1, where the value 1 corresponds to full saturation (ie 100% saturation) under zero external pressure and / or capillary pressure.
[0128]
Conventional design criteria for distribution materials have focused on high values for permeability at saturation (k100), but this naturally results in structures that have little or no wicking capability. I will. Thus, while a substantially “free flow regime” is suitable as a collection material that should be controlled, this is not the case with dispensing materials. Such materials will have very poor transport properties under wicking conditions, for example transport against gravity. Such extreme properties are found in conventional collection materials. Dispensing materials as described in European Patent Application No. A-0.809,991 provide a combination of wicking capability and free flow control, but also under fully saturated conditions.
[0129]
The material according to the invention exhibits a permeability k (100) of at least 1 Darcy, preferably at least 2 Darcy. Higher permeability values provide more resistance to liquid transport and are preferred as long as this is achieved as long as the other requirements listed here are not violated. In particular, a material having a permeability of 8 Darcy or higher, or even 100 Darcy or higher may be very suitable.
[0130]
As can be read from the equation, higher numbers for the SDP parameters account for systems that have a significantly more off-proportional behavior (if SDP is equal to 1, a linear relationship will exist). Conventional distribution materials behave significantly out of proportion, as can be explained by SDP having a numerical value of 3 or higher. For such numbers, the permeability at 50% saturation is only 12.5% of the permeability at 100% saturation, thus dramatically reducing the ability to accommodate and distribute more liquid loads. .
[0131]
Thus, the material according to the present invention has an SDP value of less than 3, preferably less than 2.75, more preferably less than 2.5, and a numerical value of less than 2 is even better. Such a numerical value corresponds to a permeability of 50% saturation of 14% or more, preferably about 18% or more, more preferably about 25% or more of the permeability at 100% saturation, and a value of 35% or more is even better. . Such a numerical value corresponds to a permeability at 30% saturation of about 3.5% or more, preferably about 5% or more, more preferably about 10% or more of the permeability at 100% saturation.
[0132]
The simple permeability test described below can also measure “cross-plane” permeability, ie, “in-plane” permeability, using the measured sample thickness dimension and modified sample cell. For example, for many materials such as isotropic foams, the cross-plane and in-plane permeability will be essentially the same. This simple permeability test provides a simple test mechanism for measuring permeability for two special conditions: a wide range of porous materials (100% saturated non-woven or cellulosic structures) Such as), or without filling with air (each for the outer vapor phase) with different proportionalities in the caliper to reach different saturations and facilitate penetration at different saturations at different thicknesses The permeation rate can be measured for materials that can be measured quickly.
[0133]
For example, the collapsible foam described above exhibits a thickness or caliper that depends on the liquid loading or degree of saturation. That is, they are saturated and have a constant thickness, which decreases when the liquid is removed, because the foam pores are sized so that they collapse when the liquid is removed from them. is there. Conversely, a constant caliper can be set to define a constant load. Thus, for such materials, a simple permeability test can be easily applied to measure the dependence of permeability on saturation.
[0134]
The general permeability test described below is the permeability to saturation for porous materials in the general sense, for example, a fibrous web or structure, or a foam that maintains pore size essentially independent of wetness. Useful for measuring the dependence of
[0135]
Another important requirement for a material or member according to the present invention is its ability to release fluid into the storage medium. This is due to the fact that the dispensing material or member should not hold the liquid for too long, but only for the time necessary to transport the fluid to the appropriate storage material or member. Is reflected.
[0136]
A suitable parameter to describe this property is the capillary adsorption / desorption pressure (here water column height (“capillary height”)) determined by the ability of the member to contain and discharge liquid at various capillary pressures. Which is typically encountered when the member is placed in the absorbent body. The capillary adsorption capacity test (hereinafter also referred to as the capsorption test) is per gram of absorbent member or material that is absorbed or released when the material or member is placed at various heights on the capillary adsorption device. Measure the amount of the test solution. The capillary adsorption / absorption capacity test, described in more detail in the Test Methods section below, produces a capillary adsorption / desorption height (CSDH50) where the material releases 50% of the liquid volume at 0 cm adsorption height.
[0137]
Materials useful in the context of the present invention should have a CSDH50 of less than 150 cm, preferably less than 100 cm, more preferably less than 75 cm or less than 50 cm.
[0138]
A particularly useful material for use in the present invention is a hydrophilic and flexible interconnected open cell polymer foam structure.
[0139]
For such foams, the mechanical strength of the foam may be such that upon release of the liquid, the foam collapses under the relevant capillary pressure. This collapse process reduces the effective capacity of the foam by a substantial factor related to the density of the foam, as described below. If the collapse is relatively uniform throughout the structure, it also reduces the amount of liquid retained at that location at the liquid impact point. In this connection, the strength of the foam is less than the capillary pressure exerted by the foam, so that the foam collapses when the aqueous liquid is removed by the core storage component. The capillary pressure is here controlled primarily by adjusting the foam cell size (inversely proportional to the surface area per unit volume). Strength is controlled by a combination of crosslink density and foam density, which can be expressed by crosslink density per unit volume, as defined below. Also, the effect of the type of cross-linking agent and other components can be significant.
[0140]
Useful polymer foams here are relatively open-celled. Cells in such a substantially open cellular foam structure have a sufficiently large inter-cell opening or “window” to allow easy liquid movement within the foam structure from one cell to another. Have.
[0141]
These substantially open cellular foam structures will generally have a reticulated nature with individual cells defined by a plurality of interconnected three-dimensionally branched webs. The strands of polymeric material that make up these branched webs can be referred to as “struts”. For the purposes of the present invention, foam material is “open cellular” if at least 80% of the cells in the foam structure are at least 1 μm in size are in liquid communication with at least one adjacent cell.
[0142]
In addition to being open-celled, these polymer foams are sufficiently hydrophilic to allow the foam to absorb aqueous liquids. The inner surface of the foam structure is rendered hydrophilic by residual hydrophilizing surfactants and / or salts left in the foam structure after polymerization, as described below, or by selected post-polymerization foam processing methods. The
[0143]
The degree to which these polymer foams are “hydrophilic” can be quantified by the “adhesion tension” value shown when in contact with the absorbent test solution. The adhesion tension exhibited by these foams can be measured experimentally using a method that measures the uptake weight of a test fluid, such as synthetic urine, for a sample having a known size and capillary suction specific surface area. . Such a method is described in detail in the test method section of US Pat. No. 5,387,207 (Dyer et al.) Issued February 7, 1995, which is incorporated herein by reference as part of the present specification. Has been. Foams useful as the dispensing material of the present invention generally measure from about 15 to about 65 dynes / cm, more preferably from about 20 to about 65, measured by capillary suction uptake of synthetic urine having a surface tension of 65 ± 5 dynes / cm. It shows an adhesion tension value of 65 dynes / cm.
[0144]
An important feature of these foams is their glass transition temperature (Tg). Tg represents the midpoint of the transition between the glassy and rubbery state of the polymer. Foams with a Tg above the use temperature can be very strong, but can be very rigid and have a tendency to potentially break. Such foams also creep under stress and tend to have poor flexibility when used at temperatures below the polymer Tg. The desired combination of mechanical properties (particularly strength and flexibility) typically requires a fairly selective range of monomer types and levels to achieve these desired properties.
[0145]
For dispensing foams useful for the present invention, the Tg should be as low as possible so long as the foam has acceptable strength. Thus, the monomers are selected to provide the corresponding homopolymer with the lowest possible Tg.
[0146]
It may also be important to determine the shape of the glass transition region of the polymer, ie whether it is narrow or wide as a function of temperature. The shape of this glass transition region is particularly important when the temperature (usually ambient or body temperature) during use of the polymer is at or near Tg. For example, a wide transition region means that the transition is incomplete at the temperature in use. Typically, if the transition is incomplete at the temperature in use, the polymer will exhibit greater stiffness and less flexibility. Conversely, if the transition is complete at the in-use temperature, then the polymer will show a faster recovery from compression. Therefore, it is desirable to control the Tg of the polymer and the width of the transition region to achieve the desired mechanical properties. In general, it is preferred that the Tg of the polymer be at least about 10 ° C. below the temperature during use. (Tg and width of transition region are the losses from dynamic mechanical analysis (DMA) measurements as described in US Pat. No. 5,563,179 (Stone et al.) Issued Oct. 8, 1996). Derived from tangent vs. temperature curve).
[0147]
Polymer foams useful for the present invention can be described by a number of parameters.
[0148]
Foams useful for the present invention are capable of wicking aqueous liquids up to a significant height with respect to gravity, eg, at least about 15 cm, by capillary action. The liquid column retained in the foam exerts a significant contractile capillary pressure. The foam will collapse at a height that is determined by both the strength of the foam (in compression) and the surface area per unit volume of the foam. This height is the capillary collapse pressure (CCP) expressed in cm when 50% of the foam volume at zero head pressure is lost. Preferred dispensing foams useful for the present invention will have a CCP of at least about 15 cm, more preferably at least about 20 cm, and even more preferably at least about 25 cm. Typically, preferred dispensing foams will have a capillary collapse pressure of about 15 cm to about 50 cm, more preferably about 20 cm to about 45 cm, and even more preferably about 25 to about 40 cm.
[0149]
One feature that may be useful when defining the preferred polymer foam is the cell structure. Foam cells, particularly cells formed by polymerizing a monomer-containing oil phase surrounding a relatively monomer-free aqueous phase droplet, are often substantially spherical in shape. These spherical cells are in communication with each other by openings (hereinafter referred to as holes between the cells). Both the size or “diameter” of the spherical cells and the diameter of the openings (holes) between the cells are commonly used to characterize the foam. Since the cells and the holes between the cells will not necessarily be approximately the same size in certain polymer foam samples, the average size of the cells and holes, i.e. the average diameter of the cells and holes, is often specified.
[0150]
Cell and hole size are parameters that can significantly affect many important mechanical characteristics and performance of foam materials, including the liquid wicking properties of these foams and the capillary pressure generated within the foam structure. Many methods are available to measure the average size of foam cells and holes. Useful methods include simple measurements based on scanning electron micrographs of foam samples. Foams useful as aqueous liquid absorbers according to the present invention preferably have a number average cell size of about 20 μm to about 60 μm, and typically about 30 μm to about 50 μm, and about 5 μm to about 15 μm, and typical Will have a number average hole size of about 8 μm to about 12 μm.
[0151]
“Capillary suction specific surface area” is a measure of the surface area of a polymer network that can be contacted with a test solution that is accessible to the test solution. Capillary suction specific surface area is measured by both cell unit size and polymer density in the foam, so that the amount of solid surface provided by the foam network is quantified to the extent such surface is involved in absorbency. is there.
[0152]
For purposes of the present invention, the capillary suction specific surface area is determined by measuring the amount of capillary uptake of a low surface tension liquid (eg, ethanol) generated in a foam sample of known mass and size. A detailed description of such a method for determining the foam specific surface area by capillary suction is described in the Test Methods section of the above-mentioned US Pat. No. 5,387,207. Any reasonable alternative for determining the capillary suction specific surface area can also be utilized.
[0153]
The dispensing foam useful for the present invention is preferably at least about 0.01 m.2/ Ml, more preferably at least about 0.03 m2It will have a capillary suction specific surface area of / ml. Typically, the capillary suction specific surface area is about 0.01 to about 0.20 m.2/ Ml, preferably about 0.03 to about 0.10 m2/ Ml, most preferably from about 0.04 to about 0.08 m2/ Ml.
[0154]
“Foam density” (ie foam weight per cubic centimeter of foam volume in air (g)) is specified here on an anhydrous basis. Foam density, as well as capillary suction specific surface area, can have a large impact on the numerous performance and mechanical characteristics of absorbent foam. These include absorption capacity for aqueous liquids and compression deflection characteristics. Foam density will vary with the state of the foam. The foam in the collapsed state clearly has a higher density than the same foam in the fully expanded state. Generally, the collapsed foam useful for the present invention is about 0.11 g / cm.ThreeHaving a dry density of
[0155]
Any suitable gravimetric method that provides a measure of the mass of solid foam material per unit volume of foam structure can be used to measure foam density. For example, the ASTM gravimetric method fully described in the Test Methods section of US Pat. No. 5,387,207 above is one method that can be used for density measurements. Foam density is related to the weight per unit volume of the washed foam without any emulsifiers, fillers, surface treatment agents such as salts and the like. The foam useful for the present invention is preferably about 8 mg / cm.Three~ About 77mg / cmThreeMore preferably about 11 mg / cmThree~ 63mg / cmThreeEven more preferably about 13 mg / cmThree~ 48mg / cmThreeWould have a dry density of
[0156]
Foams useful for the present invention can be obtained by polymerizing a particular type of W / O (water-in-oil) emulsion or HIPE having a fairly small amount of oil phase and a substantial amount of water phase. This process comprises the following steps:
A) Step of forming a W / O type emulsion from the following raw materials under specific temperature and specific shear mixing:
1) Oil phase containing:
a) from about 85 to about 98% monomer component by weight capable of forming a copolymer having a Tg of about 35 ° C. or less, the monomer component comprising:
i) from about 30 to about 80% by weight of at least one substantially water-insoluble monofunctional monomer capable of forming an amorphous atactic polymer having a Tg of about 25 ° C. or less;
ii) from about 5 to about 40% by weight of at least one substantially water insoluble monofunctional comonomer capable of imparting approximately equivalent toughness to that provided by styrene;
iii) divinylbenzenes, trivinylbenzenes, divinyltoluenes, divinylxylenes, divinylnaphthalenes, divinylalkylbenzenes, divinylphenanthrenes, divinylbiphenyls, divinyldiphenyl-methanes, divinylbenzyls, divinylphenyl ethers, From about 5 to about 30% by weight of a first multifunctional cross-linker substantially selected from divinyl diphenyl sulfides, divinyl furans, divinyl sulfide, divinyl sulfone, and mixtures thereof; and
iv) from about 0 to about 15% of a substantially water insoluble second multifunctional crosslinker selected from polyfunctional acrylates, methacrylates, acrylamides, methacryl-amides, and mixtures thereof. ;as well as
b) about 2 to about 15% by weight of an emulsifier component that is soluble in the oil phase and suitable to form a more stable W / O emulsion, the emulsifier component comprising: : (I) linear unsaturation C16-Ctwenty twoDiglycerol monoesters of fatty acids, branch C16-Ctwenty fourDiglycerol monoesters of fatty acids, branch C16-Ctwenty fourDiglycerol monoaliphatic esters of alcohol, linear unsaturated C16-Ctwenty twoDiglycerol monoaliphatic esters of higher alcohols, linear saturated C12-C14Diglycerol monoaliphatic esters of alcohol, linear unsaturated C16-Ctwenty twoFatty acid sorbitan monoesters, branched C16-Ctwenty fourA first emulsifier having at least about 40% by weight of an emulsifying component selected from sorbitan monoesters of fatty acids and mixtures thereof; or (ii) a first emulsifier having at least 20% by weight of these emulsifying components A combination of a second emulsifier in a weight ratio of first to second emulsifier of about 50: 1 to about 1: 4; and
2) an aqueous phase comprising an aqueous solution containing: (i) about 0.2 to about 20% by weight of a water-soluble electrolyte; and (ii) an effective amount of a polymerization initiator;
3) a water relative oil phase ratio of about 12: 1 to about 125: 1 by volume: weight ratio; and
B) polymerizing the monomer component in the oil phase in the W / O emulsion to form a polymer foam material; and
C) Optionally, dehydrating the polymer foam.
[0157]
This process allows the formation of these absorbent foams that can dispense liquids as a result of having carefully balanced properties as described herein. These properties are achieved by careful selection of the type and level of crosslinkers and monomers, and emulsion formation parameters, especially the amount of shear mixing, temperature and water to oil ratio, these characteristics as the final density of the dry foam. appear.
[0158]
Polymer foams useful for the present invention can be prepared by polymerization of certain W / O type emulsions having a fairly high water relative oil phase ratio, which emulsions are generally known in the art as “HIPEs”. It has been. The polymer foam material resulting from the polymerization of such an emulsion is referred to below as “HIPE foam”. A detailed description of the general preparation of such HIPEs is given in the aforementioned US Pat. No. 5,563,179 and US Pat. No. 5,387,207.
[0159]
The relative amounts of water and oil phases used to form HIPEs are important in determining the structural, mechanical and performance properties of the resulting polymer foam, among many other parameters. In particular, the water-to-oil ratio (“W: O ratio”) in the emulsion varies inversely with the density of the final foam and has a significant effect on the cell size and capillary suction specific surface area of the foam and the dimensions of the struts forming the foam. May affect. Emulsions used to prepare HIPE foams useful in the present invention generally have an aqueous phase: oil phase of about 12: 1 to about 125: 1, and most typically about 15: 1 to about 90: 1. Will have a volume to weight ratio of Particularly preferred foams can be made from HIPEs having a ratio of about 20: 1 to about 75: 1.
[0160]
The major portion of the oil phase of HIPEs will contain monomers, comonomers and crosslinkers, as described, for example, in the above-mentioned US Pat. No. 5,387,207. It is important that these monomers, comonomers, and crosslinkers are substantially insoluble in water so that they are primarily soluble in the oil phase and not in the aqueous phase. The use of such substantially water-insoluble monomers ensures that HIPEs with the appropriate characteristics and stability are achieved. Of course, it is highly likely that the monomers, comonomers and crosslinkers used herein are of a type such that the resulting polymer foam is suitably non-toxic and suitably chemically stable. Is preferable. These monomers, comonomers and crosslinkers should preferably have little or no toxicity when present at very low residual concentrations during post-polymerization foam processing and / or use.
[0161]
Another important component of the oil phase is an emulsifier component that allows the formation of stable HIPEs. The emulsifier component comprises a first emulsifier and optionally a second emulsifier, for example as described in US Pat. No. 5,387,207 above.
[0162]
The oil phase used to form HIPEs comprises from about 85 to about 98% monomer component by weight and from about 2 to about 15% emulsifier component by weight. Preferably, the oil phase comprises from about 90 to about 98% monomer component by weight and from about 3 to about 10% emulsifier component by weight. The oil phase may also contain other optional components. One such optional component is well known to those skilled in the art, for example as described in US Pat. No. 5,290,820 (Bass et al.) Issued March 1, 1994, which is incorporated herein by reference. These are general types of oil-soluble polymerization initiators. Another preferred optional component is an antioxidant such as interference amine light stabilizers (HALS) and interference phenol stabilizers (HPS) or other antioxidants that are compatible with the initiator system used. Other optional components include plasticizers, fillers, colorants, chain transfer agents, dissolved polymers, and others.
[0163]
The discontinuous aqueous phase of HIPE is generally an aqueous solution containing one or more dissolved components, as described, for example, in the aforementioned US Pat. No. 5,387,207. One important dissolving component of the aqueous phase is a water-soluble electrolyte. The dissolved electrolyte minimizes the tendency of monomers, comonomers and crosslinkers that are primarily oil soluble to dissolve in the aqueous phase.
[0164]
This is believed to minimize the extent to which the polymeric material fills the cell window at the oil / water interface, which in turn is formed by aqueous phase droplets during polymerization. Accordingly, the presence of electrolyte and the resulting ionic strength of the resulting aqueous phase is believed to determine whether and to what extent the resulting preferred polymer foam can be open-celled.
[0165]
HIPEs will also typically contain a polymerization initiator. Such initiator components are typically added to the aqueous phase of HIPEs and may be any of the conventional water soluble free radical initiators. These include peroxy compounds such as sodium persulfate, potassium and ammonium, hydrogen peroxide, sodium peracetate, sodium percarbonate and others. Conventional redox initiator systems can also be used. Such a system is formed by combining the above peroxide compound with a reducing agent such as sodium sulfite, L-ascorbic acid or iron salt.
[0166]
The initiator can be present up to about 20 mole percent based on the total moles of polymerizable monomers present in the oil phase. More preferably, the initiator is present in an amount of about 0.001 to about 10 mole percent, based on the total moles of polymerizable monomers present in the oil phase.
[0167]
The polymer for forming the HIPE foam structure will preferably be substantially free of polar functional groups. This means that the polymer foam is relatively hydrophobic in nature. These hydrophobic foams can find utility when absorption of hydrophobic liquids is desired. This type of use includes uses where it is desirable for the oily component to be mixed with water and separated and sequestered, such as in the case of an oil spill at sea.
[0168]
When these foams are used as aqueous fluids to be cleaned, such as spilled juice or milk, and / or bodily fluid absorbers such as urine, they generally make the foam relatively more hydrophilic. For further processing. If necessary, hydrophilization of the foam can be accomplished by treating the HIPE foam with a hydrophilizing surfactant in the manner described in US Pat. No. 5,387,207.
[0169]
These hydrophilizing surfactants can be any material that enhances the water wettability of the polymer foam surface. They are well known in the art and can include various surfactants, preferably of non-ionic type, as described in US Pat. No. 5,387,207.
[0170]
Another material typically incorporated into the HIPE foam structure is a water-soluble inorganic salt that is hydratable and more preferably hygroscopic or meltable. Such salts include, for example, toxicologically acceptable alkaline earth metal salts. This type of salts and their use with oil-soluble surfactants as foam hydrophilizing surfactants are described in U.S. Pat. No. 5,352,711 (DesMarais). Preferred salts of this type include calcium halides such as calcium chloride which can also be used as aqueous phase electrolytes in HIPE as mentioned previously.
[0171]
Hydratable inorganic salts can be readily incorporated by treating the foam with an aqueous solution of such salts. These saline solutions can generally be used to treat the foam after completion of or as part of the process of removing the residual aqueous phase from the foam immediately after polymerization. Treatment of the foam with such a solution is preferably a residual amount in the range of at least about 0.1% by weight of the foam, typically in the range of about 0.1 to about 12%, such as water such as calcium chloride. Deposit compatible inorganic salts.
[0172]
Treatment of these relatively hydrophobic foams with a hydrophilizing surfactant (with or without hydratable salts) typically to impart the appropriate hydrophilicity to the foam. Will be implemented to the extent necessary. However, some foams of the preferred HIPE type are suitably hydrophilic when prepared and also incorporate a sufficient amount of a hydratable salt therein, and thus a hydrophilizing surfactant or No additional treatment with hydratable salts is required. In particular, such preferred HIPE foams include those previously described when certain oil phase emulsifiers and calcium chloride are used in the HIPE. In those cases, the inner surface of the polymerized foam will be suitably hydrophilic and contain or deposit a sufficient amount of calcium chloride even after the polymer foam has been dehydrated to a practical extent. It will contain residual aqueous phase liquid.
[0173]
The foam preparation process typically includes the following steps: 1) forming a stable high internal phase emulsion (HIPE); 2) suitable for forming this stable emulsion into a solid polymer foam structure. Polymerizing / curing step under conditions; 3) optionally washing the solid polymer foam structure to remove the initial residual aqueous phase from the polymer foam structure and, if necessary, any necessary hydrophilization Treating the polymer foam structure with a hydrophilizing surfactant and / or a hydratable salt to deposit a surfactant / hydratable salt; and 4) thereafter the polymer foam Dehydrating the structure. This method is more fully described in the aforementioned US Pat. No. 5,387,207.
[0174]
In order to use each material in the absorbent structure, these materials can be combined with other elements to create a fluid treatment member comprising the materials according to the description listed above.
[0175]
<Requirements for storage absorbent member>
As explained above, the dispensing member exhibits a certain release characteristic, but this must be adapted to the absorbent characteristics of the absorbent storage member or material.
[0176]
Thus, a storage absorbent member compatible with the present invention exhibits a high capillary suction capacity. For purposes of the present invention, this high suction capacity is measured by the ability to take up fluid at a constant capillary height that is commonly encountered when the member is placed in an absorbent body. The capillary adsorption / absorption capacity test (hereinafter also referred to as “capsorption test”) is the amount of test liquid per gram of absorbent storage member that is absorbed when the storage member is placed at various heights on the capillary adsorption device. Measure. The capillary absorption capacity test is described in more detail in the test method section below.
[0177]
In certain embodiments, a high capillary suction capacity storage absorbent member suitable for the present invention is at least about 15 g / g, preferably at least about 18 g / g, more preferably at least about 20 g / g, more preferably 35 cm high. Has a capillary adsorption capacity (CSAC) of at least about 22 g / g. Typically, these storage absorbent members are about 15 g / g to about 60 g / g, more typically about 18 g / g to about 50 g / g, and even more typically about 20 g / g at a height of 35 cm. It will have a capillary adsorption capacity of g to about 40 g / g.
[0178]
In yet another embodiment, the high capillary suction capacity storage absorbent member is at least about 8 g / g, preferably at least about 11 g / g, more preferably at least about 15 g / g, even more preferably at least about 19 g at a height of 50 cm. / G CSAC. Typically, these storage absorbent members are about 8 g / g to about 40 g / g, more typically about 11 g / g to about 35 g / g, and more typically about 15 g / g at a height of 50 cm. It will have a CSAC of g to about 30 g / g.
[0179]
In yet another embodiment, the high capillary suction capacity storage absorbent member is at least about 6 g / g, preferably at least about 9 g / g, more preferably at least about 12 g / g, and even more preferably at least about 15 g at a height of 80 cm. / G CSAC. Typically, these storage absorbent members are about 6 g / g to about 35 g / g, more typically about 9 g / g to about 30 g / g, more typically about 12 g / g at a height of 80 cm. It will have a CSAC of g to about 25 g / g.
[0180]
In yet another embodiment, the high capillary suction capacity storage absorbent member is at least about 5 g / g, preferably at least about 7 g / g, more preferably at least about 10 g / g, even more preferably at least at a height of 100 cm. It has a CSAC of about 14 g / g. Typically, these storage absorbent members are from about 5 g / g to about 30 g / g, more typically from about 7 g / g to about 25 g / g, more typically about 10 g / g at a height of 100 cm. It will have a CSAC of ~ 20 g / g.
[0181]
Although not a requirement, a particularly preferred storage absorbent member has an initial effective uptake rate of 200 cm at least about 3 g / g / hr, more preferably at least about 4 g / g / hr, and most preferably at least about 8 g / g / hr. Will. Typically, the effective uptake rate at 200 cm is about 3 to about 15 g / g / hr, more typically about 4 to about 12 g / g / hr, more typically about 8 to about 12 g / g. / Hr.
[0182]
Although the minimum capillary suction capacity described above is important for the storage and absorbent members of the present invention, these members are more preferably (but not necessarily) at least about 15 g at zero head pressure (ie, at 0 cm in the capsorption test). It will have a capillary adsorption capacity of / g. In another preferred embodiment, the storage absorbent member will now exhibit the required g / g uptake at the at least two suction heights described above. Thus, for example, a preferred storage absorbent member will have two or more of the following properties: (i) at a height of 35 cm, at least about 10 g / g, preferably at least about 13 g / g, more preferably at least about 20 g / g. Even more preferably at least about 22 g / g capillary adsorption capacity (CSAC); (ii) at least about 8 g / g at a height of 50 cm, preferably at least about 11 g / g, more preferably at least about 15 g / g; Even more preferably at least about 19 g / g CSAC; (iii) 80 cm height at least about 6 g / g, preferably at least about 9 g / g, more preferably at least about 12 g / g, even more preferably at least about 15 g (Iv) at least about 5 g / g at a height of 100 cm, preferably at least about A CSAC of 7 g / g, more preferably at least about 10 g / g, even more preferably at least about 14 g / g.
[0183]
Yet another way to describe a storage absorbent member that is suitable for the present invention is that a high capillary suction capacity storage absorbent member requires a high intermediate absorption pressure. The intermediate absorption pressure of a material is defined as the pressure at which the material has a capillary absorption efficiency of 50%, and the material absorbs the maximum absorption capacity in the capillary absorption test described in the Test Methods section. Is measured by determining a height called CSAH50.
[0184]
Preferred storage absorbent members suitable for the present invention are at least about 15 g / g at a height of 0 cm, preferably at least about 20 g / g, more preferably at least about 25 g / g, and most preferably at least about 35 g / g. A high capillary suction capacity storage and absorption member having an intermediate capillary absorption height CSAH50 of at least 35 cm, preferably at least 45 cm, more preferably at least 60 cm, and most preferably at least 80 cm.
[0185]
<Material for achieving the requirements for storage and absorption members>
<High surface area material>
Storage absorbent members useful for the present invention preferably comprise high surface area materials. It is this high surface area material that provides a member with high capillary adsorption capacity, either by itself or in combination with other elements such as hydrogel-forming absorbent polymers. As discussed herein, for at least one high surface area material, their capillary adsorption capacity (if present in the member, hydrogel-forming polymer or other actual absorptive properties such as adhesives, binders, etc. Measured without including any other material included in the member). It is recognized that materials with high surface areas may have uptake capabilities at very high suction heights (eg, 100 cm or more). This allows the high surface area material to provide one or both of the following functions: i) a capillary pathway from the liquid to an absorbent, such as an osmotic absorbent, and / or ii) additional adsorption capacity. Thus, although high surface area materials can be described by their surface area per weight or volume, the applicant here uses capillary adsorption capacity instead to describe high surface area material, which is generally This is because the performance parameter provides the suction capacity necessary for providing the improved absorbent to the absorbent member of the present invention. It is recognized that certain high surface area materials such as glass microfibers by themselves will not exhibit high capillary adsorption capacity at virtually any height, especially at very high heights (eg, 100 cm and above). Will be done. Nonetheless, such materials may provide a desirable capillary pathway for liquids in hydrogel-forming absorbent polymers or other absorbents to provide the necessary capillary adsorption capacity even at fairly high heights.
[0186]
Any material having a sufficient capillary absorption capacity will be useful in the storage absorbent member of the present invention. In this context, the term “high surface area material” is itself (ie, measured without including any other material making up the osmotic absorbent or storage absorbent member) one or more of the following: Means any material exhibiting capillary adsorption capacity: (I) at least about 2 g / g at a suction height of 100 cm, preferably at least about 3 g / g, even more preferably at least about 4 g / g, and even more preferably Capillary adsorption / absorption capacity of at least about 6 g / g at a height of 100 cm; (II) at least about 5 g / g, preferably at least about 8 g / g, more preferably at least about 12 g / g at a height of 35 cm. Capillary adsorption capacity; (III) at least about 4 g / g, preferably at least about 7 g / g, more preferably at least about 9 g / g of hair at a height of 50 cm Adsorption capacity; (IV) Capillary adsorption capacity at least about 1 g / g, preferably at least about 2 g / g, more preferably at least about 3 g / g, even more preferably at least about 5 g / g at a height of 140 cm Or (V) a capillary adsorption capacity of at least about 1 g / g, preferably at least about 2 g / g, more preferably at least about 3 g / g, even more preferably at least about 5 g / g at a height of 200 cm.
[0187]
In certain embodiments, the high surface area material has properties such that it can provide a fibrous web or fibrous matrix when combined with other absorbents or other osmotic absorbents, such as hydrogel-forming absorbent polymers. It will be fibrous (hereinafter referred to as “high surface area fibers”). Alternatively, in a particularly preferred embodiment, the high surface area material will be an open cell hydrophilic polymer foam (hereinafter referred to as “high surface area polymer foam” or more commonly “polymer foam”). These materials are described in detail below.
[0188]
<High surface area fiber>
High surface area fibers useful in the present invention include naturally occurring (modified or unmodified) fibers as well as synthetically produced fibers. High surface area fibers have a much larger surface area than fibers typically used in absorbent bodies such as wood pulp fibers. The high surface area fibers used in the present invention will desirably be hydrophilic. As used herein, the term “hydrophilic” describes a fiber or surface of a fiber that is wettable by an aqueous liquid (eg, aqueous body fluid) deposited on these fibers. Hydrophilicity and wettability are typically defined by the contact angle and surface tension of the liquid and the contained solid. This is Robert F. It is discussed in detail in an American Chemical Society (ACS) publication entitled “Contact Angle, Wettability and Adhesion” compiled by Gould. The fiber, or the surface of the fiber, usually coexists in both states, but the contact angle between the liquid and the fiber or its surface is less than 90 °, or the liquid tends to spread naturally across the surface of the fiber. It is said to be wetted (ie, hydrophilic) by the liquid at either time. In contrast, a fiber or surface is considered hydrophobic when the contact angle is 90 ° or greater and the liquid does not spread naturally across the surface of the fiber. The hydrophilic nature of the fibers useful herein may be inherent in the fibers, or they may be natural hydrophobic fibers that have been treated to make them hydrophilic. Materials and methods for providing hydrophilic properties to native hydrophobic fibers are well known.
[0189]
High surface area fibers useful herein will have a capillary suction non-surface area in the same range as the polymer foam described below. However, typically high surface area fibers are characterized by the well-known BET surface area.
[0190]
High surface area fibers useful herein include, for example, glass ultrafine fibers such as glass wool available from Evanite Fiber Corp. (Corvallis, Oregon). Glass ultrafine fibers useful herein will typically have a fiber diameter of less than about 0.8 μm, more typically from about 0.1 μm to about 0.7 μm. These ultrafine fibers are at least about 2 m2/ G, preferably at least about 3 m2/ G surface area. Typically, the surface area of the glass microfiber is about 2 m.2/ G to about 15m2/ G. Exemplary glass microfibers for use herein are those available from Evanite Fiber Corporation, such as 104-type glass fibers having a nominal fiber diameter of about 0.5 μm. These glass ultrafine fibers are about 3.1m2/ G calculated surface area.
[0191]
Another type of high surface area fiber useful herein is fibrillated cellulose acetate fiber. These fibers (hereinafter referred to as “fibrets”) have a high surface area compared to cellulose-derived fibers commonly used in absorbent technology. Such fibrets have very small diameter regions such that their particle size width is typically about 0.5 to about 5 μm. These fibrets are typically about 20m2/ G total surface area. A representative fibrette useful herein as a high surface area material is available from Hoechst Celanese Cop. (Charlotte, NC) as cellulose acetate Fiberts®. For a detailed discussion of fibrettes, including their physical properties and methods for their preparation, see “Cellulose Acetate Fibrettes: Fibrilization with High Surface Areas,” the disclosure of each of which is incorporated herein by reference. Pulp (Cellulose Acetate Fibrets: A Fibrillated Pulp With High Surface Area) ", Smith, JE, Tappi Journal, Dec. 1988, p.237; and US Pat. No. 5,486,410 issued Jan. 23, 1996. See issue (Groeger et al.).
[0192]
In addition to these fibers, those skilled in the art will recognize that other fibers well known in the absorbent art can be modified to provide high surface area fibers for use herein. Exemplary fibers that can be modified to achieve the high surface area required by the present invention are disclosed in the aforementioned US Pat. No. 5,599,335 (see especially columns 21-24).
[0193]
Regardless of the nature of the high surface area fibers utilized, the fibers and other absorbent materials, such as, for example, osmotic absorbents, will be separate materials before being combined. As used herein, the term “separate” means that the high surface area fibers and other absorbents are each formed before being combined to form a storage absorbent member. In other words, the high surface area fibers are not formed subsequent to mixing with other absorbents, nor are the other absorbents formed after bonding with the high surface area fibers. The bonding of each separate component ensures that the high surface area fibers have the desired morphology, and more importantly, the desired surface area.
[0194]
<High surface area polymer foam>
The high surface area polymer foams useful herein are described below with respect to some of their physical properties. In order to measure these certain properties, it is necessary to perform an analysis on the foam at the sheet diameter. Thus, the foam is used in particulate form, but as long as it is prepared from a preformed sheet, physical property measurements can be performed on the sheet foam (ie before forming the particles). I will. If the foam is formed into particles (or beads) in situ during the polymerization process, a similar foam (with respect to chemical composition, cell size, W: O ratio, etc.) is formed into a sheet for the purpose of making such measurements. be able to.
[0195]
High surface area polymer foams useful in the high capillary suction storage and absorbent members of the present invention are known in the art. Particularly preferred foams are those obtained by polymerizing high internal phase W / O type emulsions as described, for example, in US Pat. No. 5,387,207 and US Pat. No. 5,650,222. is there. Another particularly preferred polymer foam was filed on Mar. 1998 by T. DesMarais et al. Entitled “HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS”, the disclosure of which is incorporated herein by reference. Filed on Mar. 1998 by T. DesMarais et al. Entitled “Absorptive Materials for Dispersing AQUEOUS LIQUIDS” and US Patent Application No. (P & G Case) and other co-pending applications. US Patent Application No. (P & G case), which is a co-pending application. (Particularly preferred foams described in one or both of these co-pending applications are described in the Examples section below) The polymer foams useful here are substantially open-celled. This means that many of the individual cells of the form are in uninterrupted communication with neighboring cells. Cells in such a substantially open cell foam structure have inter-cell openings or “windows” that are large enough to allow easy liquid transfer within the foam structure from one cell to another. .
[0196]
These substantially open cell foam structures generally have a reticulated feature with individual cells defined by a plurality of interconnected three-dimensionally branched webs. The strands of polymer material that make up these branched webs can be referred to as “struts”. For the purposes of the present invention, the most preferred foam material will have at least about 80% cells that are at least 1 μm in size in liquid communication with at least one adjacent cell in the foam structure.
[0197]
In addition to being open-celled, these polymer foams are sufficiently hydrophilic to allow the foam to absorb aqueous liquids. The inner surface of the foam structure is rendered hydrophilic by residual hydrophilizing surfactant left in the foam structure after polymerization, as described below, or by selected post-polymerization foam processing methods.
[0198]
The degree to which these polymer foams are “hydrophilic” can be quantified by the “adhesion tension” value shown when in contact with the absorbent test solution. The adhesion tension exhibited by these foams can be measured experimentally using a method that measures the uptake weight of a test fluid, such as synthetic urine, for samples having known dimensions and capillary suction specific surface areas. Such a method is described in detail in the test method section of US Pat. No. 5,387,207, which is incorporated herein by reference. Foams useful as high surface area materials in the present invention generally measure from about 15 to about 65 dynes / cm, more preferably from about 20 to about 60 measured by capillary suction uptake of synthetic urine having a surface tension of 65 ± 5 dynes / cm. It exhibits an adhesion tension value of about 65 dynes / cm.
[0199]
Polymer foams useful herein can be prepared preferably in a collapsed (ie, unexpanded) form, the polymer foam absorbs such liquid when contacted with an aqueous liquid, and the amount absorbed is capillary pressure. When the bonding pressure obtained by adding a sealing pressure is lowered below the expansion pressure of the foam (explained below), it expands. These collapsed polymer foams are typically obtained by squeezing the aqueous phase from the polymerized HIPE foam through compressive force and / or by thermal drying and / or vacuum dehydration. After compression and / or after heat drying and / or vacuum dehydration, the polymer foam is in a collapsed or unexpanded state.
[0200]
A typical collapsed HIPE foam cell structure from which water is squeezed out by compression is shown in the photomicrographs of FIGS. 3 and 4 of the aforementioned US Pat. No. 5,650,222. As can be seen from these figures, the cellular structure of the foam is distorted particularly when compared to the expanded HIPE foam structure shown in FIGS. 1 and 2 of the '222 patent. Similarly, as is apparent from FIGS. 3 and 4 of the '222 patent, the voids or pores (dark areas) in the collapsed foam structure are flattened or elongated. (It is noted that the foam depicted in the '222 patent is sheet-shaped; as explained below, sheet-shaped foam is useful here, but in certain preferred embodiments, the foam is particulate. The cell structure of another useful HIPE-derived foam (in its expanded state) is depicted here in FIGS. 3 and 4. The preparation of this particular foam and related foams is described herein in Examples 2-4, and these ultra high surface area foams are further described in the “High Suction Polymer Foam Material (HIGH SUCTION)” incorporated herein by reference in their respective disclosures. US Patent Application No. (P & G Case) filed on March 1998, by TADesMarais et al. Entitled “POLYMERIC FOAM MATERIALS” and “ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS) is described in more detail in co-pending US Patent Application No. (P & G) filed March 1998 by TADesMarais et al.
[0201]
Following compression and / or heat drying / vacuum dehydration, the collapsed polymer foam can re-expand when infiltrated with an aqueous liquid. Surprisingly, these polymer foams remain in this collapsed or unexpanded state for a significant period of time, for example up to at least about one year. The ability of these polymer foams to remain in this collapsed / unexpanded state is believed to be due to capillary forces and particularly the capillary pressure generated within the foam structure. As used herein, “capillary pressure” means the pressure differential across the liquid / air interface due to a semi-circular curvature within a narrow range of pores in the foam. [See Chatterjee, “Absorbency” Textile Scienc and Technology, Vol. 7, 1985, p. 36]
After compression and / or heat drying / vacuum dehydration to a practical extent, these polymer foams were absorbed into the water of hydration associated with the hygroscopic hydrate salts incorporated therein, as well as into the foam. Has residual water, including both free water. This residual water (assisted by hydrated salt) is thought to exert capillary pressure on the resulting collapsed foam structure. The collapsed polymer foam of the present invention is at least about 4% by weight of the foam when stored at ambient conditions of 72 ° F. (22 ° C.) and 50% relative humidity, typically about 4 to about 40%. May have a residual water content of Preferred collapsed polymer foams have a residual water content of at least about 5 to about 30% by weight of the foam.
[0202]
An important parameter for these foams is their glass transition temperature. Tg represents the midpoint of the transition between the glassy and rubbery state of the polymer. Foams having a Tg higher than the service temperature can be very strong, but can also be rigid and potentially prone to failure. Such foams also typically take longer to return to the expanded state when stored in a collapsed state for a longer period of time and then wet with an aqueous solution that is cooler than the Tg of the polymer. Particularly desirable combinations of mechanical properties of strength and flexibility typically require a considerable selective range of monomer types and levels to achieve these desired properties.
[0203]
For foams useful for the present invention, the Tg should be as low as possible so long as the foam has an acceptable strength at the temperatures in use. Thus, the monomers are selected to provide the corresponding homopolymer with the lowest possible Tg. It has been discovered that the chain length of alkyl groups on acrylate and methacrylate comonomers can be longer than expected from the Tg of the homologous homopolymer series. Specifically, it has been discovered that homologous series of alkyl acrylate or alkyl methacrylate homopolymers have a minimum Tg with a chain length of 8 carbon atoms. In contrast, the minimum Tg of the copolymers of the present invention occurs with a chain length of about 12 carbon atoms. (Alkyl-substituted styrene monomers can be used in place of alkyl acrylates and methacrylates, but their availability is currently greatly limited.)
It may also be important for the shape of the glass transition region of the polymer, ie whether it is narrow or wide as a function of temperature. This glass transition region shape is important especially when the polymer in-use temperature (usually ambient or body temperature) is at or near Tg. For example, a wide transition region means that the transition is incomplete at the temperature during use. Typically, if the transition is incomplete at temperature during use, the polymer will exhibit greater stiffness and less flexibility. Conversely, if the transition is complete at the temperature in use, then the polymer will show a faster recovery from compression when wetted with an aqueous solution. Therefore, it is desirable to control the Tg of the polymer and the width of the transition region to achieve the desired mechanical properties. In general, the Tg of the polymer is preferably at least 10 ° C. below the temperature during use. (Tg and transition region width are derived from loss tangent versus temperature curves from dynamic mechanical analysis (DMA) measurements as described in US Pat. No. 5,565,222).
[0204]
Although high surface area materials have generally been described by their capillary adsorption capacity, high surface area polymer foams useful here are also described by their capillary suction specific surface area (hereinafter referred to as “CSSSA”). be able to. In general, CSSSA is a measure of the test liquid accessible surface area of a polymer network that forms a particulate foam per unit mass of bulk foam material (polymer structural material plus solid residual material). Capillary suction specific surface area is determined by both the size of the cell units in the foam and the density of the polymer, and is therefore a method of quantifying the total amount of solid surface provided by the foam network to the extent that such area is related to absorbency. . To characterize the foam useful herein, CSSSA is measured on a sheet of the foam even when the foam is in particulate form when incorporated into a storage absorbent member.
[0205]
Foam CSSSA is particularly important if the foam provides the necessary capillary aspiration for use in preparing the storage absorbent member of the present invention. This is because the capillary pressure generated in the foam structure is proportional to the capillary suction specific surface area. In addition, CSSSA is important for whether proper capillary pressure is generated within the foam structure to maintain the collapsed state until infiltrated with aqueous liquid. Assuming that other factors such as foam density and adhesion tension are constant, this means that as CSSSA increases (or decreases), the capillary pressure within the foam structure also increases (or decreases) proportionally. Means.
[0206]
For the purposes of the present invention, CSSSA is determined by measuring the amount of capillary uptake of a low surface tension liquid (eg, ethanol) generated within a foam sample of known mass and size. A detailed description of such a method for determining foam specific surface area is provided in the Test Methods section of US Pat. No. 5,387,207, which is incorporated by reference. Any reasonable alternative for determining CSSSA can also be utilized.
[0207]
Disintegrated polymer foam useful as an absorbent for the present invention is at least about 3 m.2Will have a CSSSA of / g. Typically, CSSSA is about 3 to about 30 meters.2/ G, preferably about 4 to about 17 m2/ G, most preferably about 5 to about 15 m2/ G. Foams having such CSSSA values (about 0.010 to about 0.033 m2In general) will have a particularly desirable balance of absorption capacity, liquid retention and liquid wicking or dispersion properties for aqueous liquids such as urine. In addition, foams having such CSSSA can generate sufficient capillary pressure to maintain the foam in a collapsed, unexpanded state until infiltrated with such aqueous liquid.
[0208]
As noted above, for particularly preferred collapsible polymer foams, in their collapsed state, the capillary pressure generated within the foam structure is at least equal to the force exerted by the elastic recovery or module of the compressed polymer. In other words, the capillary pressure required to keep the collapsed foam fairly thin is measured by the counteracting force exerted by the compressed polymer foam when it attempts to “bounce”. The elastic recovery tendency of the polymer foam is maintained in this compressed state until the expanded foam is compressed to about 1/6 (17%) of its original expanded thickness and then the relaxation stress value is measured. It can be estimated from the stress-strain experiment. Alternatively, and for the purposes of the present invention, the relaxation stress value is estimated from measurements on a polymer foam that is in a collapsed state when contacted with an aqueous liquid such as water. This alternative relaxation stress value is hereinafter referred to as the “expansion pressure” of the foam. The expansion pressure for collapsed polymer foams of the present invention is about 50 kilopascals (kPa) or less and typically about 7 to about 40 kPa. A detailed description of the method for estimating the expansion pressure of the foam is given in the test method section of US Pat. No. 5,387,207.
[0209]
Another important property of high surface area polymer foams useful in the present invention is their free absorption capacity. “Free absorption capacity” (or “FAC”) is the total amount of test fluid (synthetic urine) that a certain foam sample absorbs in its cell structure per unit mass of solid material in the sample. To be particularly useful in the storage absorbent members of the present invention, the polymer foam should have a free absorption capacity of about 30 to about 100 ml, preferably about 30 to about 75 ml of synthetic urine per gram of dry foam material. Don't be. A method for measuring the free absorption capacity of a foam is described below in the test method section of US Pat. No. 5,650,222.
[0210]
Upon exposure to an aqueous liquid, the preferred collapsed polymer foam absorbs the liquid and expands. Polymer foams absorb more liquid than most other foams in their expanded state. The “expansion coefficient” for these foams is at least about 4 times, that is, the thickness of the foam in its expanded state is at least about 4 times the thickness of the foam in its collapsed state. The collapsed foam preferably has an expansion coefficient in the range of about 4 times to about 15 times, more preferably about 5 times to about 10 times.
[0211]
For the purposes of the present invention, the relationship between expanded and collapsed thickness for a foam that is compressed and dehydrated can be empirically predicted from the following equation:
Thickness (expanded) = thickness (collapsed) × ((0.133 × W: O ratio) ± 2)
Where: thickness (expanded) is the thickness of the foam in the expanded state;
Thickness (collapsed) is the thickness of the foam in the collapsed state;
And the W: O ratio is the water to oil ratio of HIPE from which the foam is made. Thus, a typical polymer foam made from an emulsion with a 60: 1 water to oil ratio will have a predicted expansion coefficient of 8.0, ie, the expanded thickness is that of the collapsed thickness of the foam. 8 times. A method for measuring the expansion coefficient is described below in the test method section of US Pat. No. 5,650,222.
[0212]
An important mechanical characteristic of high surface area polymer foams useful in the present invention is their strength in the expanded state as measured by resistance to compression deflection (RTCD). The RTCD indicated here by the foam is a function of the density and structure of the polymer module and the foam network. The polymer module is in turn measured by: a) the composition of the polymer; b) the conditions under which the foam is polymerized (eg, especially the completeness of polymerization obtained, especially with respect to cross-linking); and c) The degree to which the polymer is plasticized by residual materials such as emulsifiers that remain in the foam structure after processing.
[0213]
In order to be useful as the high surface area portion of the absorbent member of the present invention, the polymer foam must be appropriately resistant to deformation or compression due to forces encountered during use. Foams that do not have sufficient foam strength with respect to RTCD may provide the necessary capillary suction capacity under unloaded conditions, but are caused by the exercise and activity of the user of the absorbent containing the foam. Under compressive stress they will not provide their capacity.
[0214]
The RTCD exhibited by the polymer foam useful in the present invention can be quantified by measuring the amount of strain produced in a sample of saturated foam held under a constant sealing pressure for a specified temperature and duration. Methods for performing this particular type of test are described below in the Test Methods section of US Pat. No. 5,650,222. Foams useful herein are preferably sealed at 5.1 kPa, typically about about the foam structure, when saturated with synthetic urine having a surface tension of 65 ± 5 dynes / cm to its free absorption capacity. RTCDs that produce 90% or less strain will be shown. Preferably, the strain produced under such conditions is from about 1 to about 90%, more preferably from about 1 to about 25%, even better still from about 2 to about 10%, even more preferably from about 2 to about 5%. Will be in range.
[0215]
The high surface area polymer foams useful herein can also be described by their vertical suspended adsorption height (hereinafter referred to as “VHSH”). The VHSH height in X% is the height in cm when X% of the capacity (or FAC) at 0 cm is maintained in the foam. In principle, X can be any value, but an important typical value is VHSH at 90%. The most reproducible measure for VHSH is achieved with X = 90% within our experience. It will be apparent to those skilled in the art that this single point value does not adequately represent the shape of the curve obtained in the volume versus height plot. However, this single point serves as a practical comparison point for the forms useful here. In this regard, the foam typically has an equilibrium 90% VHSH of at least about 20 cm, preferably at least about 40 cm, more preferably at least about 60 cm, even more preferably at least about 70 cm, and even more preferably at least about 80 cm. Would have. Typically, preferred polymer foams are about 20 to about 90 cm, more typically about 60 to about 90 cm, even more typically about 70 to about 90 cm, even more typically about 80 to about 90 cm. Of 90% VHSH. The method for measuring 90% VHSH is described in detail in the Test Methods section below. As pointed out above, when the high surface area polymer foam is in particulate form, when combined with other absorbents such as, for example, osmotic absorbents, 90% VHSH is on the corresponding sheet-form foam. Measured (ie before forming the particles). If the foam is formed into particles (or beads) during the polymerization process, a similar foam can be formed into a sheet to assess the 90% VHSH of the foam.
[0216]
Foam cells, and especially cells formed by polymerizing a monomer-containing oil phase surrounding a substantially monomer-free aqueous phase droplet, will often be substantially spherical in shape. The size or “diameter” of such spherical cells is a parameter commonly used to characterize foams. Since the cells in a sample of a certain polymer foam are not necessarily approximately the same size, an average cell size, i.e., an average cell diameter, is often specified.
[0217]
A number of methods are available for measuring the average cell size of the foam. However, the most useful methods for measuring cell size in foams include simple measurements based on scanning electron micrographs of foam samples.
[0218]
The cell size measurements given here are based on the number average cell size of the foam in its expanded state, as shown, for example, in FIG. 1 of US Pat. No. 5,650,222. Foams useful in accordance with the present invention will preferably have a number average cell size of about 80 μm or less, and typically about 5 to about 50 μm.
[0219]
“Foam density” (ie grams of foam per cubic centimeter of foam volume in air) is specified here on an anhydrous basis. The amount of water soluble residual material absorbed, such as residual salts and liquid remaining in the foam after HIPE polymerization, washing and / or hydrophilization is ignored when calculating and displaying the foam density. However, the foam density includes other water insoluble residual materials such as emulsifiers present in the polymerized foam. Such residual material may actually contribute to a significant mass for the foam material.
[0220]
Any suitable gravimetric method that provides a measure of the mass of solid foam material per unit volume of foam structure can be used to measure foam density. For example, the ASTM gravimetric method fully described by the test method section of US Pat. No. 5,387,207 (Dyer et al.), Issued February 7, 1995, described above, can be used for density measurements. There are two ways. In their collapsed state, the polymer foam useful in the present invention is about 0.1 to about 0.2 g / cm.Three, Preferably about 0.11 to about 0.19 g / cmThreeAnd most preferably from about 0.12 to about 0.17 g / cmThreeHaving an anhydrous base density value in the range of (excluding any residual salts and / or water). In their expanded state, the polymer foam useful herein is about 0.01 to about 0.033 g / cm.Three, Preferably about 0.013 to about 0.033 g / cmThreeHaving an anhydrous base density value in the range of
[0221]
Vertical wicking, i.e., liquid wicking in the opposite direction of gravity, is a desirable performance attribute for the polymer foam useful herein. For the purposes of the present invention, the vertical wicking rate is a reflection of the permeability of the material, and thus the ability of the material to deliver liquid to other absorbents, such as hydrogel-forming absorbent polymers or other osmotic absorbents.
[0222]
The vertical wicking rate is measured by measuring the time required for a colored test solution (eg, synthetic urine) in the reservoir to wick a 5 cm vertical distance through a test strip of a particular size foam. The vertical wicking method is described in more detail in the test method section of US Pat. No. 5,387,207, but is performed at 31 ° C. instead of 37 ° C. To be particularly useful with absorbent members to absorb urine, foams useful herein will preferably wick synthetic urine to a height of 5 cm within about 15 minutes (65 + 5 dynes / cm). . More preferably, the preferred foam absorbent of the present invention wicks synthetic urine to a height of 5 cm within about 10 minutes.
[0223]
The vertical wicking absorption capacity test measures the amount of test fluid per gram of absorbent foam held within each 1 inch (2.54 cm) vertical section of the same standard size foam sample used in the vertical wicking test. To do. Such measurements are generally made after the test solution is wicked vertically until the sample equilibrates (eg, after about 18 hours). Similar to the vertical wicking test, the vertical wicking absorption capacity test is more fully described by the test method section of US Pat. No. 5,387,207 (Dyer et al.), Issued February 7, 1995, above. Yes. A high vertical wicking absorption capacity at high height is theoretically equivalent to a high capillary absorption capacity at high height. Since the sheet form of the foam useful here is sensitive to previous tests, which are easier and cheaper to perform, the means of characterizing this important parameter of the foam of the present invention is from previous tests. Is recommended.
[0224]
Although the high capillary suction foam may be in sheet form when combined with other absorbents such as osmotic absorbents (eg, hydrogel-forming absorbent polymers), in particularly preferred embodiments the polymer foam is It will be in particulate form and will be mixed with particles of the hydrogel-forming polymer to provide a mixture. That is, foams are initially prepared in sheet form, but these sheets can be processed to provide foam particles, which are then combined with a hydrogelled polymer. As discussed above, the foams useful herein and the processes for their preparation are described in US Pat. No. 5,387,207, TADesMarais entitled “HIGH SUCTION POLYMERIC FOAM MATERIALS”. Co-pending US patent application filed March 3, 1998 (P & G case) and TADesMarais et al. Entitled “Absorptive Materials for Dispersing Aqueous Liquids (ABSORBENT MATERIALS FOR DISTRIBUTING AQUEOUS LIQUIDS)” Is described in greater detail in co-pending US Patent Application No. (P & G case) filed March 1998. Foam particles are first formed into a sheet-like foam according to the teachings of these references, and then mechanically processed into the foam to provide particles of the desired dimensions (eg, pulverization, cutting, chopping). Others). Alternatively, the foam particles can be obtained, for example, from US Pat. No. 5,653,922 issued to Li et al. On August 5, 1997 and the disclosure of each of which is incorporated herein by reference. Can be prepared directly from the emulsion in the form of polymer microbeads as described in US Pat. Specific examples in the preparation of polymer foam / hydrogel-forming polymer blends are discussed in more detail below.
[0225]
Applicants have further discovered that the high surface area foam can optionally comprise a liquid so that the transfer of urine to other absorbents or osmotic absorbents of the storage absorbent member can be increased. The prewetting liquid partially fills the polymer foam and further increases the foam uptake rate without wishing to be tied to a particular theory. Ideally, polymer foams with pre-wetting liquids prevent microbial growth and prevent loss of volatile water, and are storage stable with sufficiently low water activity to prevent migration from foam over time. There must be. Water can be used as a prewetting liquid to provide absorption performance, but alone cannot meet other requirements.
[0226]
<Hydrogel-forming absorbent polymer>
The storage absorbent member of the present invention more preferably comprises at least one hydrogel-forming absorbent polymer (also referred to as a hydrogel-forming polymer). Hydrogel-forming polymers useful in the present invention include various water-insoluble but water-wettable polymers that can absorb large amounts of liquid. Such hydrogel-forming polymers are well known in the art, and any of these materials are useful in the high capillary suction absorbent member of the present invention.
[0227]
Hydrogel-forming absorbent polymer materials are also commonly referred to as “hydrocolloid” or “superabsorbent” materials such as polysaccharides such as carboxymethyl starch, carboxymethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose; polyvinyl alcohol and polyvinyl Nonionic types such as ethers; polyvinyl vinylidene, polyvinyl morpholinion, and cationic types such as N, N-dimethylaminoethyl or N, N-diethylaminopropyl acrylates and methacrylates and their respective fourths Grade salts can be included. Typically, hydrogel-forming absorbent polymers useful in the present invention have a plurality of anionic functional groups such as sulfonic acids, and more typically carboxy groups. Examples of polymers suitable for use herein include those prepared from polymerizable unsaturated acid-containing monomers. Accordingly, such monomers contain olefinically unsaturated acids and anhydrides containing at least one carbon-carbon olefinic double bond. More particularly, these monomers can be selected from olefinically unsaturated carboxylic acids and anhydrides, olefinically unsaturated sulfonic acids, and mixtures thereof. As noted above, the nature of the hydrogel-forming absorbent polymer is not critical to the members of the present invention. Nevertheless, the selection of the optimal polymer material may enhance the performance characteristics of the members of the present invention. The following describes the preferred properties of the absorbent polymer useful herein. These properties should not be construed as limiting; rather, they simply represent the progress that has occurred in absorbent polymer technology over the last few years.
[0228]
When preparing hydrogel-forming absorbent polymers here, some non-acidic monomers can also be included, usually in negligible amounts. Such non-acidic monomers include, for example, water-soluble or water-dispersible esters of acid-containing monomers and monomers that do not contain any carboxylic or sulfonic acid groups. Thus, any non-acidic monomer can contain monomers containing the following types of functional groups: carboxylic or sulfonate esters, hydroxyl groups, amide groups, amino groups, nitrile groups, quaternary ammonium Bases, aryl groups (eg, phenyl groups such as those derived from styrene monomers). These non-acidic monomers are well known materials, for example, US Pat. No. 4,076,663 (Masuda et al.) Issued February 28, 1978, both incorporated herein by reference, and 1977. U.S. Pat. No. 4,062,817 (Westerman) issued Dec. 13, 2003, is described in greater detail.
[0229]
Olefinically unsaturated carboxylic acids and carboxylic anhydride monomers include acrylic acid itself, methacrylic acid, ethacrylic acid, α-chloroacrylic acid, a-cyanoacrylic acid, β-methylacrylic acid (crotonic acid), α- Phenylacrylic acid, β-acryloxypropionic acid, sorbic acid, α-chlorosorbic acid, angelic acid, cinnamic acid, p-chlorocinnamic acid, β-sterylacrylic acid, itaconic acid, citroconic acid, mesaconic acid, glutaconic acid , Acrylic acid typified by aconitic acid, maleic acid, fumaric acid, tricarboxyethylene and maleic anhydride.
[0230]
Olefin unsaturated sulfonic acid monomers include aliphatic or aromatic vinyl sulfonic acids such as vinyl sulfonic acid, allyl sulfonic acid, vinyl toluene sulfonic acid and styrene sulfonic acid; sulfoethyl acrylate, sulfoethyl methacrylate, sulfopropyl Acrylic and methacrylic sulfonic acids such as acrylate, sulfopropyl methacrylate, 2-hydroxy-3-methacryloxypropyl sulfonic acid and 2-acrylamido-2-methylpropane sulfonic acid are included.
[0231]
Preferred hydrogel-forming absorbent polymers for use in the present invention contain carboxy groups. These polymers include hydrolyzed starch-acrylonitrile graft copolymers, partially neutralized hydrolyzed starch-acrylonitrile graft copolymers, starch-acrylic acid graft copolymers, partially neutralized. Starch-acrylic acid graft copolymers, saponified vinyl acetate-acrylic ester copolymers, hydrolyzed acrylonitrile or acrylamide copolymers, slightly network cross-linked polymers of any of the above copolymers , Partially neutralized polyacrylic acid, and slightly neutralized polyacrylic acid slightly reticulated cross-linked polymers. These polymers can be used either alone or in the form of a mixture of two or more different polymers. Examples of these polymeric materials are US Pat. No. 3,661,875, US Pat. No. 4,076,663, US Pat. No. 4,093,776, US Pat. No. 4,666,983, and US Pat. This is disclosed in Japanese Patent No. 4,734,478.
[0232]
The most preferred polymeric materials for use in making the hydrogel-forming absorbent polymers are slightly reticulated crosslinked polymers of partially neutralized polyacrylic acid and their starch derivatives. Most preferably, the hydrogel-forming absorbent polymers are from about 50 to about 95%, preferably about 75% neutralized slightly network cross-linked polyacrylic acid (ie poly (sodium acrylate / acrylic acid)). ). The network crosslinks render the polymer substantially insoluble in water and further determine, in part, the absorption capacity and extractable polymer content characteristics of the hydrogel-forming absorbent polymer. Processes for network cross-linking these polymers and typical network cross-linking agents are described in greater detail in US Pat. No. 4,076,663.
[0233]
The hydrogel-forming absorbent polymer is preferably of one type (ie, homogeneous), but mixtures of polymers can also be used in the present invention. For example, in the present invention, mixtures of starch-acrylic acid graft copolymers and partially neutralized polyacrylic acid slightly reticulated crosslinked polymers can be used.
[0234]
The hydrogel forming polymer component may also be in the form of a mixed bed ion exchange composition comprising a cation exchange hydrogel forming absorbent polymer and an anion exchange hydrogel forming absorbent polymer. Such mixed bed ion exchange compositions are described, for example, in U.S. Patent Application No. (P & G Inc. 6975- “Under pressure of mounting” filed Jan. 7, 1998 by Hird et al., The disclosure of each of which is incorporated herein by reference. Absorbing polymer composition with high adsorption capacity (ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS HAVING HIGH SORPTION CAPACITIES UNDER AN APPLIED PRESSURE); and US patent application filed January 7, 1998 by Ashraf et al. (P & G case) 6976— “Absorptive Polymer Compositions with HIGH SORPTION CAPACITY AND HIGH FLUID PERMEABILITY UNDER AN APPLIED PRESSURE” with high adsorption capacity and high liquid permeability under loading pressure; and 1998 by Ashraf et al. US patent application filed Jan. 7 (P & G Case 6977- “High adsorption capacity and pressure under mounting pressure” And absorptive polymer composition with improved integrity in the swollen state (ABSORBENT POLYMER COMPOSITIONS WITH HIGH SORPTION CAPACITY UNDER AN APPLIED PRESSURE AND IMPROVED INTEGRITY IN THE SWOLLEN STATE).
[0235]
Hydrogel-forming absorbent polymers useful in the present invention can have a wide variety of sizes, shapes and / or forms. These polymers may be in the form of particles that do not have a large ratio of maximum dimension to minimum dimension (eg, granules, powders, particle intermolecular aggregates, particle intermolecular aggregates, etc.), and Fibers, sheets, films, foams, flakes and other shapes may be used. Hydrogel-forming absorbent polymers can also comprise a mixture with low levels of one or more additives such as, for example, powdered silica, surfactants, glues, binders, and the like. The components in this mixture may be physically and / or chemically bonded in such a way that the hydrogel-forming polymer component and the non-hydrogel-forming polymer additive are not easily physically separable.
[0236]
Hydrogel-forming absorbent polymers may be essentially non-porous (ie, not internally porous), or may be substantially internally porous.
[0237]
For particles as described above, particle size is defined as the dimension measured by sieve size analysis. Thus, for example, particles retained on a US standard test sieve with an opening of 710 microns (e.g., US Continuous Replacement Screen Symbol No. 25) are considered to have a size greater than 710 microns; Particles that pass through a sieve with an opening but on a sieve with an opening of 500 microns (eg, US Continuous Replacement Sieve Symbol No. 35) have a particle size between 500 and 710 μm. It is believed that; and particles that pass through a sieve with an opening of 500 microns are considered to have a size of less than 500 μm. The mass median particle size of a given sample of hydrogel-forming absorbent polymer particles is defined as the particle size that divides the sample in half on a mass basis; that is, half of the sample by weight has a particle size that is smaller than the mass median size. And the other half of the sample will have a particle size greater than the mass median size. When the 50% mass value does not correspond to the size of a US standard test sieve opening, typically the standard particle size plot method (where a constant sieve size opening is used to determine the mass median particle size). The cumulative weight percent of the particle sample that is retained or passed through the aperture is plotted on the paper against the size of the sieve aperture). These methods for measuring the size of hydrogel-forming absorbent polymer particles are described in US Pat. No. 5,061,259 (Goldman et al.) Issued Oct. 29, 1991, which is incorporated herein by reference. It is described in detail.
[0238]
For hydrogel-forming absorbent polymer particles useful in the present invention, the particles will generally have a size in the range of about 1 to about 2,000 μm, more preferably about 20 to about 1,000 μm. The mass median particle size will generally be from about 20 to about 1,500 μm, more preferably from about 50 μm to about 1,000 μm, even more preferably from about 100 μm to about 800 μm.
[0239]
If a significantly higher concentration of hydrogel-forming absorbent polymer is utilized in the absorbent member of the present invention (eg, 40%, 60% or more by weight), additional properties of the absorbent polymer are important May be. In such embodiments, the materials are disclosed in US Pat. No. 5,562,646 issued to Goldman et al. On Oct. 8, 1996, Goldman on Feb. 4, 1997, the disclosures of each of which are incorporated herein by reference. May have one or more of the characteristics described by U.S. Pat. No. 5,599,335.
[0240]
The base hydrogel-forming absorbent polymer can be formed by any conventional method. A typical and preferred process for producing these polymers is described in US Reissue Patent No. 32,649 (Brandt et al.), Issued April 19, 1988, which is hereby incorporated by reference in its entirety. U.S. Pat. No. 4,666,983 (Tsubakimoto et al.) Issued May 19, 1987, and U.S. Pat. No. 4,625,001 (Tsubakimoto et al.) Issued Nov. 25, 1986. ing.
[0241]
A preferred method for forming the base hydrogel-forming absorbent polymer is a method comprising an aqueous solution or other solution polymerization method. As described in US Reissue Pat. No. 32,649 referenced above, the aqueous solution polymerization process involves the use of an aqueous reaction mixture to carry out the polymerization. The aqueous reaction mixture is then subjected to polymerization conditions sufficient to produce a slightly network cross-linked polymer that is substantially insoluble in water in the mixture. The formed polymer mass is then micronized or chopped to form individual particles.
[0242]
More particularly, an aqueous polymerization process for producing a hydrogel-forming absorbent polymer comprises the preparation of an aqueous reaction mixture for performing the polymerization therein. One element of such a reaction mixture is an acidic group-containing monomer that will form the “backbone” of the hydrogel-forming absorbent polymer produced. The reaction mixture will generally comprise about 100 parts by weight of monomer. Another component of the aqueous reaction mixture comprises a network crosslinker. Network crosslinkers useful in forming hydrogel-forming absorbent polymers according to the present invention are the above-referenced US Reissue Patents 32,649, 4,666,983 and 4 , 625,001. The network crosslinker will generally be present in the aqueous reaction mixture in an amount of from about 0.001 mole percent to about 5 mole percent based on the total moles of monomer present in the aqueous mixture (to 100 parts by weight of monomer). Based on about 0.01 to about 20 parts by weight). Optional components of the aqueous reaction mixture include, for example, sodium, potassium and ammonium persulfates, caprylyl peroxide, benzoyl peroxide, hydrogen peroxide, cumene hydroperoxides, tertiary butyl diperphthalate, tertiary butyl perbenzoate, A free radical initiator comprising a peroxygen compound such as sodium peracetate, sodium percarbonate and others is provided. Other optional components of the aqueous reaction mixture include various non-acidic comonomers, including esters of essential unsaturated acidic functional group-containing monomers or other comonomers that do not contain any other carboxylic or sulfonic acid functional groups. It has.
[0243]
The aqueous reaction mixture undergoes polymerization conditions that are substantially insoluble in water but sufficient to produce a slightly reticulated crosslinked polymer in a water-swellable hydrogel-forming absorbent. Polymerization conditions are also discussed in more detail in the above three patents. Such polymerization conditions generally include the step of heating to a polymerization temperature of about 0 ° C. to about 100 ° C., more preferably about 5 ° C. to about 40 ° C. (thermal activation process). The polymerization conditions under which the aqueous reaction mixture is maintained can further include, for example, subjecting the reaction mixture or portions thereof to any conventional polymerization activation stimulus. X-ray, electron beam, ultraviolet light, or electromagnetic wave irradiation is a conventional alternative polymerization method.
[0244]
The acidic functional groups of the hydrogel-forming absorbent polymer formed in the aqueous reaction mixture are more preferably neutralized. Neutralization results in at least 25 mole percent, and more preferably at least about 50 mole percent of all monomers utilized to form a polymer that is acidic group-containing monomers that are neutralized with salt-forming cations. It can be performed in any conventional manner. Such salt forming cations include, for example, alkali metals, ammonium, substituted ammonium and amines as discussed in detail in US Reissue Pat. No. 32,649 referenced above.
[0245]
Preferably, a particular version of the hydrogel-forming absorbent polymer is produced using an aqueous solution polymerization process, but may also be polymerized using a multi-layer polymerization process such as, for example, an inverse emulsion polymerization process or an inverse suspension polymerization process. It is also possible to execute the process. In inverse emulsion polymerization or inverse suspension polymerization, an aqueous reaction mixture as described above is suspended in the form of small droplets in a substrate of an inert organic solvent that is immiscible with water, such as cyclohexane. Be made. The resulting hydrogel-forming absorbent polymer particles are generally spherical in shape. The reverse suspension polymerization method is described in U.S. Pat. No. 4,340,706 (Obayashi et al.) Issued July 20, 1982, March 19, 1985, all of which are incorporated herein by reference. U.S. Pat. No. 4,506,052 (Flesher et al.) Issued and U.S. Pat. No. 4,735,987 (Morita et al.) Issued Apr. 5, 1988 are described in great detail.
[0246]
The surface cross-linking of the initially formed polymers is a reasonably high porous hydrogel layer (“PHL”), performance under pressure (“PUP”) capacity and salt content that may be beneficial in the context of the present invention. A preferred process for obtaining hydrogel-forming absorbent polymers having flow conductivity (“SFC”) values. General methods suitable for carrying out surface cross-linking of hydrogel-forming absorbent polymers according to the present invention are described in U.S. Pat. No. 5,917,1985, which is hereby incorporated by reference in its entirety. No. 4,541,871 (Obayashi); PCT application WO 92/16565 (Stanley) published Oct. 1, 1992; PCT application No. WO 90/08789 (Tai) published Aug. 9, 1990 PCT application WO 93/05080 (Stanley) published March 18, 1993; US Pat. No. 4,824,901 (Alexander) issued April 25, 1989; January 1989 U.S. Pat. No. 4,789,861 (Johnson) issued on 17th; U.S. Pat. No. 4,587,308 (Makita) issued on 6 May 1986; U.S. Pat. No. 4,734,478 issued to Tsubakimoto; U.S. Pat. No. 5,164,459 issued to November 17, 1992 (Kimura et al.); Published on August 29, 1991 Published German Patent Application No. 4,020,780 (Dahmen); and published European Patent Application No. 509,708 (Gartner) published Oct. 21, 1992. See also US Pat. No. 5,562,646 issued on Oct. 8, 1996 (Goldmann et al.) And US Pat. No. 5,599,335 issued on Feb. 4, 1997 (Goldmann et al.). thing.
[0247]
Hydrogel-forming absorbent polymer particles prepared according to the present invention are typically substantially dry. The term “substantially dry” here means that the particles have a liquid content of less than about 50%, preferably less than about 20%, more preferably less than about 10% by weight of the particles, typically water or other It means having a solution content. Generally, the liquid content of the hydrogel-forming absorbent polymer particles is in the range of about 0.01% to about 5% by weight of the particles. Individual particles can be dried by any conventional method, such as by heating. Alternatively, if the particles are formed using an aqueous reaction mixture, water can be removed from the reaction mixture by azeotropic distillation. The polymer-containing aqueous reaction mixture can also be treated with a dehydrating solvent such as methanol. Combinations of these drying methods can also be used. The dehydrated mass of polymer can then be chopped or micronized to form substantially dry particles of the hydrogel-forming absorbent polymer.
[0248]
<Combination of high capillary suction materials>
While the materials described above can meet the requirements on their own (eg, pure hydrogel forming material, or pure foam material), preferred members for use as storage absorbent members comprise more than one material.
[0249]
The primary function of such a fluid storage member is to absorb bodily fluids drained directly or from other absorbent members (eg, fluid collection / distribution members) and then subject to the pressure normally encountered as a result of wearer movement. Even if it is to retain such fluid.
[0250]
Thus, a high capillary suction absorbent member can be made by a combination of a hydrogel forming material and a high surface area material.
[0251]
The amount of hydrogel-forming absorbent polymer included in the absorbent member can vary significantly. Furthermore, the concentration of hydrogel can also vary through certain members. In other words, one member can have regions of relatively high and relatively low hydrogel concentrations.
[0252]
When measuring the concentration of the hydrogel-forming absorbent polymer in a region of the absorbent member, any other component (eg, fiber, polymer foam, etc.) present in the region containing the hydrogel-forming polymer and hydrogelling polymer The weight percent of hydrogel-forming polymer compared to the bond weight of is used. With this in mind, the concentration of the hydrogel-forming absorbent polymer in a region of the absorbent member of the present invention is at least about 50%, at least about 60%, at least about 70%, based on the total weight of the absorbent member, Or at least about 80%.
[0253]
Despite the fact that the area of the absorbent member can have a fairly high concentration of hydrogel-forming absorbent polymer, if the high surface area material is fibrous, the absorbency in certain absorbent members The total polymer concentration (ie, the total weight of the hydrogel-forming absorbent polymer divided by the total weight of the absorbent member multiplied by 100%) is up to about 75% by weight, preferably up to about 70% by weight, and more Preferably it will be up to about 65% by weight. Thereafter, using these high surface area fiber-containing members, the concentration of the hydrogel-forming absorbent polymer is about 10 to about 75% by weight, more typically about 15 to about 70% by weight, and even more typically. It will be about 20 to about 65% by weight.
[0254]
In embodiments where the high surface area material is a polymer foam, the absorbent member is preferably at least about 1% by weight (on an aggregate basis), more preferably at least about 10% by weight, more preferably at least about 15 by weight. %, Even more preferably at least about 20% polymer foam by weight. Typically, such storage absorbent members are about 1 to about 98% by weight, more typically about 10 to 90% by weight, even more typically about 15 to about 85% by weight, even more More typically, it will comprise from about 20 to about 80% polymer foam material by weight. As noted above, these weight percent ranges are based on the aggregate weight of each material in the absorbent member; it is recognized that the area of the absorbent member may contain more and less material. ing.
[0255]
Of course, the relative levels of the absorbent polymer and the high surface area material are, for example, the absorption capacity of the hydrogel-forming absorbent polymer, the high specific surface area of the material used, the nature of the high surface area material (eg, sheet or particulate foam, particle size ) Directed by others. In this regard, a high level of hydrogel-forming absorbent polymer provides an absorbent member for producing a thin absorbent body to achieve the required level of capillary suction described above, but to provide such suction capacity. There must be sufficient high surface area material. Thus, high levels of hydrogel-forming polymer can be used when fairly high capillary suction foams are used. Conversely, if fairly low capillary suction fibers are used, a somewhat lower level of hydrogel-forming polymer will be used. (Of course, if both high surface area fibers and polymer foam are used, the total high surface area material level may also vary depending on the relative concentration of each of these materials.) Constant absorption It is the difference in capillary adsorption capacity between the polymer foam and the high surface area fibers that accounts for the different ranges of hydrogel-forming polymers used in the adhesive member.
[0256]
As another example of a material that provides blend integrity in an absorbent member comprising a mixture of hydrogel-forming polymer and high surface area fibers and / or particulate polymer foam, the member can comprise a thermoplastic material. Upon melting, at least a portion of this thermoplastic material moves to the intersection of each component component, typically due to interparticle or interfiber capillary gradients. These intersections become binding sites for the thermoplastic material. When cooled, the thermoplastic material at these intersections cures to form a binding site that holds the substrate of the material together.
[0257]
Any thermoplastic material useful herein may be in any of a variety of forms including particles, fibers, or a combination of particles and fibers. Thermoplastic fibers are a particularly preferred form because of their ability to form numerous binding sites. Suitable thermoplastic materials can be made from any thermoplastic polymer that can be melted at temperatures that will not extensively damage the material comprising the absorbent member. Preferably, the melting point of the thermoplastic material will be less than about 190 ° C, and preferably between about 75 ° C and about 175 ° C. In any event, the melting point of the thermoplastic material must not be lower than the temperature at which the thermally bonded absorbent structure will be stored when used in an absorbent body. The melting point of the thermoplastic material is typically about 50 ° C. or higher.
[0258]
Thermoplastic materials, and in particular thermoplastic fibers, are, for example, polyolefins such as polyethylene (eg PULPEX® and polypropylene), polyesters, copolyesters, polyvinyl acetate, ethyl ethyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinyl chloride. Made from various thermoplastic polymers including vinylidene, polyacrylics, polyamides, copolyamides, polystyrenes, polyurethanes and any of the above copolymers such as vinyl chloride / vinyl acetate etc. One preferred thermoplastic binder fiber is as an approximately 20% mixture with 80% cellulosic fibers sold under the trademark KITTYHAWK® (from Weyerhaeuser CO.). PLEFAFIL® polyethylene available also Depending on the characteristics desired for the resulting thermally bonded absorbent member, suitable thermoplastic materials may be polyolefins such as polyethylene or polypropylene, poly Includes hydrophobic fibers made hydrophilic such as surfactant-treated or silica-treated thermoplastic fibers derived from acrylics, polyamides, polystyrenes, polyurethanes, etc. The surface of the hydrophobic thermoplastic fibers is, for example, fibers Nonionic or anionic by spraying the surfactant on the surface, dipping the fibers in the surfactant, or including the surfactant as part of the dissolved polymer when making the thermoplastic fiber It can be rendered hydrophilic by treatment with a surfactant such as a surfactant, which melts and resolidifies. , Surfactants will tend to remain on the surface of thermoplastic fibers, suitable surfactants include Brij (registered) manufactured by ICI Americas, Inc. of Wilmington, Delaware. Non-ionic surfactants such as 76 and various surfactants sold by Glyco Chemical, Inc. of Greenwich, Conn. Under the trademark Pegosperse® In addition to nonionic surfactants, anionic surfactants may also be used, such as thermoplastic fibers at a level of about 0.2 to about 1 g per square centimeter of thermoplastic fiber. Can be applied to.
[0259]
Suitable thermoplastic fibers can be made from a single polymer (monocomponent fibers) or can be made from a polymer greater than one (eg, bicomponent fibers). As used herein, “bicomponent fiber” means a thermoplastic fiber comprising a core fiber made from one polymer that is enclosed in a thermoplastic sheath made from a different polymer. Polymers with a sheath often melt at a lower temperature, which is different from polymers that can have a core. As a result, these bicomponent fibers provide thermal bonding due to the melting of the sheath polymer, while retaining the desirable strength characteristics of the core polymer.
[0260]
Bicomponent fibers suitable for use in the present invention can include sheath / core fibers having the following polymer combinations: polyethylene / polypropylene, polyethyl vinyl acetate / polypropylene, polyethylene / polyester, polypropylene / polyester, co-polymer. Polyester / polyester and others. Particularly suitable bicomponent thermoplastic fibers for use herein are those having a polypropylene or polyester core and a lower melting point copolyester, polyethyl vinyl acetate or polyethylene sheath (eg, DANAKLON®, CELBOND ( Registered trademark) or CHISSO (registered trademark) bicomponent fiber). These bicomponent fibers may be concentric or eccentric. As used herein, the terms “concentric” and “eccentric” relate to whether the sheath has a uniform or non-uniform thickness through the cross-section of the bicomponent fiber. Eccentric bicomponent fibers may be desirable when providing higher compressive strength when the fiber thickness is smaller. Bicomponent fibers suitable for use herein can be either not crimped (ie, straightened) or crimped (ie, bent). Bicomponent fibers can typically be crimped by typical textile means such as stuffer box methods or gear crimp methods to achieve primarily two-dimensional or "flat" crimps, for example. .
[0261]
In the case of thermoplastic fibers, their length may vary depending on the specific melting point and other properties desired for these fibers. Typically, these thermoplastic fibers have a length of about 0.3 to about 7.5 cm, preferably about 0.4 to about 3.0 cm, and most preferably about 0.6 to about 1.2 cm. Have Moreover, the characteristics including the melting point of these thermoplastic fibers can be adjusted by changing the fiber diameter (caliper). The diameter of these thermoplastic fibers is typically defined by either denier (grams per 9,000 meters) or decitex (grams per 10,000 meters). Suitable bicomponent thermoplastic fibers may have a dtex in the range of, for example, about 1.0 to about 20, preferably about 1.4 to about 10, and most preferably about 1.7 to about 3.3. it can.
[0262]
These thermoplastic materials, and particularly compression modules of thermoplastic fibers, may also be important. Thermoplastic fiber compression modules are not only their length and diameter, but also the composition and properties of the polymers or polymers from which they are made, the shape and structure of the fibers (eg, concentric or eccentric, crimped) Or uncrimped) and other factors. The differences in these thermoplastic fiber compression modules can be used to change the properties of each absorbent member and in particular the density properties during the preparation of the absorbent core.
[0263]
<Components and materials of other fluid processing members>
The storage absorbent member according to the present invention may include any other component that may be present in the absorbent web. For example, the reinforcing scrim can be placed in the storage absorbent member or between each absorbent member of the absorbent core. Such reinforcing scrims must be structured so as not to form an interfacial barrier against liquid movement, especially when placed between the absorbent members of the absorbent core. In addition, several binders can be used to provide dry and wet integrity to the absorbent core and / or the absorbent storage member itself. In particular, hydrophilic glue fibers may be used to provide a bond between high surface area materials and other absorbents such as osmotic absorbent materials. This is particularly important for certain high surface area materials. The amount of binder used is preferably as small as possible so as not to impair the capillary adsorption properties of the absorbent member. However, those skilled in the art will recognize that there are binders that may enhance the capillary adsorption properties of absorbent members such as fiberized hydrophilic glue with sufficiently high surface area. In this case, the high surface area hydrophilic glue may provide both liquid handling and integrity functions in one material. In addition, to prevent user concerns regarding loose particulate absorbent polymers, each absorbent member, or the entire absorbent core, can be permeable to liquids such as tissue paper sheets, unless capillary continuity is interrupted. It can also be wrapped in a sex sheet.
[0264]
Other optional components that can be included are materials for controlling odor, containing stool, and the like. To prevent further user concerns regarding loose particulate absorbent polymers, any absorbent member comprising a particulate osmotic absorbent or high surface area material, or the entire absorbent core, eg tissue paper It can also be encased in a liquid permeable sheet such as a sheet.
[0265]
When integrity is introduced by the binder material, suitable binders are described in US Pat. No. 5,560,878 issued Oct. 1, 1996 to Dragoo et al., Whose disclosure is incorporated herein by reference. Melt blow adhesive as described. The process for bonding the meltblown adhesive with the required hydrogel-forming polymer and high surface area material is also described in detail in the '878 patent.
[0266]
【Example】
<Sample 1,2,3-HIPE as distribution material>
Sample A below. 5-A. 7 is of the polymer foam type and is generally prepared as described in the experimental section of US Pat. No. 5,563,179 above. In general, the process comprises appropriate mixing of an aqueous phase containing selected salts with an oil phase containing selected monomers and emulsifiers. The aqueous phase typically contains an initiator such as potassium persulfate and an inorganic salt such as calcium chloride. The oil phase typically contains a mixture of monomers such as 2-ethylhexyl acrylate and cross-linking monomers such as divinylbenzene (containing ethyl styrene as an impurity) and 1,6-hexanediol diacrylate. . Adjuvants such as antioxidants, opacifiers, pigments, dyes, fillers and other generally inert chemicals can also be added to either phase.
[0267]
Separate streams of oil and water phases (typically heated between about 30 ° C. and about 90 ° C.) are sent to a dynamic mixing device. Complete mixing of the combined flow in the dynamic mixing device is achieved by a pin impeller. In order to control the density of the final foam produced, a ratio of water to oil phase called “water to oil ratio” or W: O is used. A detailed description of the apparatus and method for establishing the initial HIPE formation is described in more detail in the Examples section of US Pat. No. 5,563,179 mentioned above.
[0268]
Once the device mechanism is filled, agitation is started in the dynamic mixer using an impeller rotating at a specified RPM. The flow rate of the water phase is then 44.1 cm over a period of about 30 seconds.ThreeThe oil phase flow rate is steadily increased to 1.25 g / sec over a period of about 1 minute. The back pressure created by the dynamic and static mixers at this point is typically about 3 to about 8 PSI (about 21 to about 55 kPa). The impeller speed is then adjusted to the desired RPM over 120 seconds. The back pressure of the system responds to this adjustment and remains constant thereafter.
[0269]
The HIPE from the static mixer is collected in 17 inch (43 cm) diameter and 7.5 inch (10 cm) circular polypropylene tabs with concentric inserts made of Celcon plastic. The insert has a bottom diameter of 5.0 inches (12.7 cm), a top diameter of 4.75 inches (12 cm), and a height of 6.75 inches (17.1 cm). The tab containing HIPE is held in a room maintained at 65 ° C. for 18 hours and cured to provide a HIPE polymer foam.
[0270]
The cured HIPE foam is removed from the tab. The foam at this point contains a residual aqueous phase (containing dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residue, and initiator). The foam is sliced into sheets of the desired thickness using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression between a series of two porous nip rolls with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about twice the weight of polymerized monomers (2 ×). At this point, the sheet is further 4% CaCl at 60 ° C.2It is re-saturated with the solution and then squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with a vacuum to about twice the aqueous phase content. Foam CaCl2The content is between 2-10%.
[0271]
The HIPE foam is then air dried for about 16 hours or continuously heat dried. Such drying reduces the water content to about 4-20% by weight of the polymerized material.
[0272]
<Sample 1>:
Anhydrous calcium chloride (36.32 kg) and potassium persulfate (189 g) are dissolved in 378 liters of water. This provides an aqueous phase stream that is used in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0273]
Diglycerol monooleate emulsifier (480 g) in a monomer combination comprising distilled divinylbenzene (39% divinylbenzene and 61% ethylstyrene) (2640 g), 2-ethylhexyl acrylate (4720 g), and hexanediol diacrylate (640 g) , Ditallow dimethylammonium methylsulfate (80 g), and Tinuvin 765 (20 g) are added. Diglycerol monooleate emulsifier (Grindsted Products; Brabrand, Denmark) is about 81% diglycerol monooleate, 1% other diglycerol monoesters, 3% polyol And 15% other polyglycerol esters, giving a minimum oil / water interfacial tension value of about 2.7 dyne / cm and having an oil / water critical coagulation concentration of about 2.8% by weight . After mixing, the material combination is left to stabilize overnight. No visible residue is formed and the entire mixture is recovered and used as the oil phase in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0274]
Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (53-55 ° C.) are fed to the dynamic mixing device. Complete mixing of the combined flows in the dynamic mixing device is achieved by a pin impeller. The pin impeller includes a cylindrical shaft having a length of about 36.5 cm and a diameter of about 2.9 cm. The shaft holds 6 rows of pins, 3 rows have 33 pins and 3 rows have 34 pins, and each of the three pins at each level is arranged at an angle of 120 ° to each other. , Each level having an adjacent level located 60 ° below the adjacent level separated by 0.03 mm and extending outwardly by a length of 2.3 cm from the central axis of the shaft The pin has a diameter of 0.5 cm. The pin impeller is attached to a cylindrical sleeve forming a dynamic mixing device, and the pin is further spaced 1.5 mm from the wall of the cylindrical sleeve.
[0275]
Dynamic mixing as shown in the figure in co-pending US patent application Ser. No. 08 / 716,510 (TADesMarais) filed Sep. 17, 1996 (incorporated herein by reference). A small portion of the effluent coming out of the device is collected and flows into the recirculation zone. A recirculation zone Waukesha pump returns this small portion to the entry point of the oil and water phase flow into the dynamic mixing zone.
[0276]
The spiral static mixer is mounted downstream from the dynamic mixing device to provide back pressure to the dynamic mixing device and to provide improved incorporation of components into the final formed HIPE. The static mixer (TAH Industries Model 100-812) has 12 elements with an outer diameter of 1 inch (2.5 cm). A hose is attached downstream of the static mixer to facilitate delivery of the emulsion to the equipment used for curing. Optionally, an additional static mixer is used to provide additional back pressure to maintain the filled hose. The optional static mixer may be a 1 inch (2.5 cm) pipe 12 element mixer (McMaster-Carr Model 3529K53).
[0277]
The combined mixing and recirculation mechanism is filled with oil and water phases at a ratio of 4 parts water to 1 part oil. The dynamic mixing device is evacuated so that air can escape while the device is completely filled. The flow rate during filling is 7.57 g / sec for the oil phase and 30.3 cm for the water phase.Three/ Sec.
[0278]
Once the device mechanism is filled, rotate the impeller at 850 RPM to start stirring in the dynamic mixer, about 30 cmThreeStart recirculation at a rate of / sec. After that, the flow rate of the water phase is 151.3 cm over about 1 minute.ThreeThe oil phase flow rate is reduced to 2.52 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is 150 cm during the latter timeThreeSteadily increase to / sec. The back pressure created by the dynamic zone and static mixer at this point is about 4.9 PSI (33.8 kPa), which represents the total pressure drop of the system. After that, the speed of the Waukesha pump is steadily reduced to about 75 cm.ThreeA recirculation rate of / sec is produced.
[0279]
The flow of HIPE from the static mixer at this point was 40 inches (102 cm) in diameter and 12 inches in height with a removable side that was very similar to the mold that was used to open the bottom used in cake making. Collected in 5 inch (31.8 cm) round polyethylene tabs. A pipe-like polyethylene insert with a diameter of 12.5 inches (31.8 cm) at the bottom is firmly fixed in the center of the bottom surface and has a height of 12.5 inches (31.8 cm). The HIPE-containing tub is maintained for 18 hours in a room maintained at 65 ° C., causing polymerization to form a foam.
[0280]
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residues and initiator) of about 55 to 65 times the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.2 inch (5.1 mm) thick sheets using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression with a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about 3 times the weight of the polymerized material (3 ×). At this point, the sheet is further 4% CaCl at 60 ° C.2The solution is re-saturated and squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with vacuum to an aqueous phase content of about 1.5 to 2 times. Foam CaCl2The content is 6-10%.
[0281]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.027 inches (0.069 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17% by weight of the polymerized material. At this point, the foam sheet can be extremely draped.
[0282]
<Sample 2>:
Anhydrous calcium chloride (36.32 kg) and potassium persulfate (189 g) are dissolved in 378 liters of water. This provides an aqueous phase stream that is used in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0283]
Diglycerol monooleate emulsifier in a monomer combination comprising distilled divinylbenzene (42.4% divinylbenzene and 57.6% ethylstyrene) (2640 g), 2-ethylhexyl acrylate (4400 g), and hexanediol diacrylate (960 g) (640 g), tallow dimethyl ammonium methyl sulfate (80 g), and Tinuvin 765 (20 g) are added. Diglycerol monooleate emulsifier (Grindsted Products; Brabrand, Denmark) is about 81% diglycerol monooleate, 1% other diglycerol monoesters, 3% polyol And 15% other polyglycerol esters, giving a minimum oil / water interfacial tension value of about 2.7 dyne / cm and having an oil / water critical coagulation concentration of about 2.8% by weight . After mixing, this combination of materials is left to stabilize overnight. No visible residue is formed and the entire mixture is recovered and used as the oil phase in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0284]
Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (75-77 ° C.) are fed to the dynamic mixing device. Complete mixing of the combined flows in the dynamic mixing device is achieved by a pin impeller. The pin impeller includes a cylindrical shaft having a length of about 36.5 cm and a diameter of about 2.9 cm. The shaft holds 6 rows of pins, 3 rows have 33 pins and 3 rows have 34 pins, with each of the three pins at each level arranged at an angle of 120 ° to each other. , Each level having an adjacent level located 60 ° below the adjacent level separated by 0.03 mm and extending outwardly by a length of 2.3 cm from the central axis of the shaft The pin has a diameter of 0.5 cm. The pin impeller is attached to a cylindrical sleeve forming a dynamic mixing device, and the pin is further spaced 1.5 mm from the wall of the cylindrical sleeve.
[0285]
Dynamic mixing as shown in the figure in co-pending US patent application Ser. No. 08 / 716,510 (TADesMarais) filed Sep. 17, 1996 (incorporated herein by reference). A small portion of the effluent coming out of the device is collected and flows into the recirculation zone. A recirculation zone Waukesha pump returns this small portion to the entry point of the oil and water phase flow into the dynamic mixing zone.
[0286]
The spiral static mixer is mounted downstream from the dynamic mixing device to provide back pressure to the dynamic mixing device and to provide improved incorporation of components into the final formed HIPE. Static mixers (TAH Industries model 101-212) typically have 12 elements with an outer diameter of 1.5 inches (3.8 cm), but 7 inches (17 .8 cm) was removed. A hose is attached downstream of the static mixer to facilitate delivery of the emulsion to the equipment used for curing. Optionally, an additional static mixer is used to provide additional back pressure to maintain the filled hose. Any static mixer may be the same as the first without modification.
[0287]
The combined mixing and recirculation mechanism is filled with oil and water phases at a ratio of 4 parts water to 1 part oil. The dynamic mixing device is evacuated so that air can escape while the device is completely filled. The flow rate during filling is 7.57 g / sec for the oil phase and 30.3 cm for the water phase.Three/ Sec.
[0288]
Once the device mechanism is filled, the impeller is rotated at 800 RPM to start stirring in the dynamic mixer, about 30 cmThreeStart recirculation at a rate of / sec. After that, the flow rate of the water phase is 151.3 cm over about 1 minute.ThreeThe oil phase flow rate is reduced to 2.52 g / sec over about 3 minutes. During this latter period, the recirculation rate is about 150 cm.ThreeSteadily increase to / sec. At this point, the back pressure created by the dynamic zone and the static mixer is about 4.2 PSI (29 kPa), which represents the total pressure drop of the system.
[0289]
The flow of HIPE from the static mixer at this point was 40 inches (102 cm) in diameter and 12 inches in height with a removable side that was very similar to the mold that was used to open the bottom used in cake making. Collected in 5 inch (31.8 cm) round polyethylene tabs. A pipe-like polyethylene insert with a diameter of 12.5 inches (31.8 cm) at the bottom is firmly fixed in the center of the bottom surface and has a height of 12.5 inches (31.8 cm). The HIPE-containing tub is maintained for 18 hours in a room maintained at 65 ° C., causing polymerization to form a foam.
[0290]
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residues and initiators) that is approximately 58-62 times (58-62 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.2 inch (5.1 mm) thick sheets using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression with a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×). At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C.2The solution is re-saturated and squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with a vacuum to an aqueous phase content of about twice. Foam CaCl2The content is between 3-6%.
[0291]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.047 inches (0.071 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17% by weight of the polymerized material. At this point, the foam sheet can be extremely draped.
[0292]
<Sample 3>:
Anhydrous calcium chloride (36.32 kg) and potassium persulfate (189 g) are dissolved in 378 liters of water. This provides an aqueous phase stream that is used in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0293]
Diglycerol monooleate emulsifier in a monomer combination comprising distilled divinylbenzene (42.4% divinylbenzene and 57.6% ethylstyrene) (2640 g), 2-ethylhexyl acrylate (4400 g), and hexanediol diacrylate (960 g) (640 g), tallow dimethylammonium methyl sulfate (80 g), and Tinuvin 765 (40 g) are added. Diglycerol monooleate emulsifier (Grindsted Products; Brabrand, Denmark) is about 81% diglycerol monooleate, 1% other diglycerol monoesters, 3% polyol And 15% other polyglycerol esters, giving a minimum oil / water interfacial tension value of about 2.7 dyne / cm and having an oil / water critical coagulation concentration of about 2.8% by weight . After mixing, this combination of materials is left to stabilize overnight. No visible residue is formed and the entire mixture is recovered and used as the oil phase in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0294]
Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (75-77 ° C.) are fed to the dynamic mixing device. Complete mixing of the combined flows in the dynamic mixing device is achieved by a pin impeller. The pin impeller includes a cylindrical shaft having a length of about 21.6 cm and a diameter of about 1.9 cm. The shaft holds 6 rows of pins, 3 rows have 21 pins and 3 rows have 21 pins, with each of the three pins at each level arranged at an angle of 120 ° to each other. Each level extending outwardly at a length of 1.4 cm from the central axis of the shaft, with adjacent levels located 60 ° below the adjacent levels separated by 0.03 mm The pin has a diameter of 0.5 cm. The pin impeller is attached to a cylindrical sleeve forming a dynamic mixing device, and the pin is further spaced 3 mm from the wall of the cylindrical sleeve.
[0295]
Shown in the figure in co-pending US patent application Ser. No. 08 / 716,510 (TADesMarais) filed Sep. 17, 1996, which is incorporated herein by reference. As shown, a small portion of the effluent coming out of the dynamic mixing device is collected and flows into the recirculation zone. A recirculation zone Waukesha pump returns this small portion to the entry point of the oil and water phase flow into the dynamic mixing zone.
[0296]
The spiral static mixer is mounted downstream from the dynamic mixing device to provide back pressure to the dynamic mixing device and to provide improved incorporation of components into the final formed HIPE. A static mixer (TAH Industries Model 070-821) modified by cutting 2.4 inches (6.1 cm) from the initial length has a length of 14 inches (35.6 cm) and an outer diameter of 0.1 mm. 5 inches (1.3 cm).
[0297]
The combined mixing and recirculation mechanism is filled with oil and water phases at a ratio of 4 parts water to 1 part oil. The dynamic mixing device is evacuated so that air can escape while the device is completely filled. The flow rate during filling is 1.89 g / sec for the oil phase and 7.56 cm for the water phase.Three/ Sec.
[0298]
Once the device mechanism is filled, the impeller is rotated at 1,000 RPM to start stirring in the dynamic mixer, approximately 8 cmThreeStart recirculation at a rate of / sec. Thereafter, the flow rate of the water phase is steadily increased to 45.4 cm 3 / sec over about 1 minute, and the flow rate of the oil phase is further decreased to 0.6 g / sec over about 3 minutes. During this latter period, the recirculation rate is about 45 cm.Three/ Sec is steadily increased. The back pressure created by the dynamic zone and static mixer at this point is about 2.9 PSI (20 kPa), which represents the total pressure drop of the system.
[0299]
The flow of HIPE from the static mixer at this point was a round polypropylene tab 17 inches (43 cm) in diameter and 7.5 inches (10 cm) in height with a concentric insert made from Celcon plastic. To be collected. An insert having a diameter of 5 inches (12.7 cm) at the bottom and a diameter of 4.75 inches (12 cm) at the top is 6.75 inches (17.1 cm) in height. The HIPE-containing tub is maintained for 18 hours in a room maintained at 65 ° C., causing polymerization to form a foam.
[0300]
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residues and initiator) that is approximately 70-80 times (70-80 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression with a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about 3 times the weight of the polymerized material (3 ×). At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C.2The solution is re-saturated and squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with a vacuum to an aqueous phase content of about twice. Foam CaCl2The content is 3-5%.
[0301]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.031 inches (0.079 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17% by weight of the polymerized material. At this point, the foam sheet can be extremely draped.
[0302]
<High Capillary Suction Storage Member (Sample S.)>
<Sample S. 1 Storage Absorbing Member Comprising Glass Superfine Fiber>
In this example, high capillary suction with high surface area glass ultrafine fibers formed using a hydrogel-forming absorbent polymer and a wet end molding process to increase density and structure over conventional air deposition processes. The absorbent member will be described. In order to construct such hydrogel-forming absorbent members that contain members addressed to the homogeneous distribution of the absorbent polymer in a glass microfiber substrate, the following method is followed.
[0303]
4.0 g of ASAP 2300 (available from Chemdal LTD, a subsidiary of American Colloid Co., Arlington Heights, Ill .; and The Procter & Gamble, Cincinnati, Ohio CO.) Papermaking technology division) and 4.0 g of glass microfiber (manufactured by Manville Sales Corp., Denver, Colorado, “Q-FIBERS, code 108, (Available as 110 Bulk)) about 500 ml of 3A alcohol (95% ethanol, 5% methanol), or similar liquids that will not reduce or absorb the structure or composition of isopropanol or related polymers 3 gallon commercial brand warner with explosion resistance (Warner) is combined in mixer. Stir the mixture at low speed for about 5 minutes. The mixture is equipped with an 80 mesh nylon molding wire (available from Appleton Manufacturing Division of Productive Solutions, Inc., Nina, Wyoming) at the bottom of the upper portion of the paper box. It is poured into a 6 inch × 6 inch “Paper Formation Box”. The liquid level is about 8 inches above the screen with the addition of 3A alcohol, or a suitable solution. Mix the solution thoroughly at the top of the paper box using a paddle before draining the liquid. The valve is opened below the forming wire to quickly drain the liquid and ensure uniform settling on the forming wire. The screen is removed from the “paper box” and pulled across a vacuum source to remove loosely held liquid and desiccant (eg, Sigma Chem, 63178 St. Louis, Missouri) to ensure uniform moisture content. Air dry overnight in a drier containing Sigme Chem. Co. DRIERITE. Once dried, the absorbent member is removed from the molding screen. In order to measure the capillarity absorption capacity, a 5.4 cm cylindrical structure is drilled from this member with an arch punch.
[0304]
<Sample S. 2 Preparation of high surface area foam from HIPE>
Anhydrous calcium chloride (36.32 kg) and potassium persulfate (189 g) are dissolved in 378 liters of water. This provides an aqueous phase stream that is used in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0305]
Diglycerol monooleate in a monomer combination comprising distilled divinylbenzene (42.4% divinylbenzene and 57.6% ethylstyrene) (2640 g), 2-ethylhexyl acrylate (4400 g), and hexanediol diacrylate (960 g) Add emulsifier (480 g), tallow dimethylammonium methylsulfate (80 g), and Tinuvin 765 (20 g). Diglycerol monooleate emulsifier (Grindsted Products; Brabrand, Denmark) is about 81% diglycerol monooleate, 1% other diglycerol monoesters, 3% polyol And 15% other polyglycerol esters, giving a minimum oil / water interfacial tension value of about 2.7 dyne / cm and having an oil / water critical coagulation concentration of about 2.8% by weight . After mixing, this combination of materials is left to stabilize overnight. No visible residue is formed and the entire mixture is recovered and used as the oil phase in a continuous process to form a HIPE emulsion.
[0306]
Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (53-55 ° C.) are fed to the dynamic mixing device. Complete mixing of the combined flows in the dynamic mixing device is achieved by a pin impeller. The pin impeller includes a cylindrical shaft having a length of about 36.5 cm and a diameter of about 2.9 cm. The shaft holds 6 rows of pins, 3 rows have 33 pins and 3 rows have 34 pins, with each of the three pins at each level arranged at an angle of 120 ° to each other. , Each level having an adjacent level located 60 ° below the adjacent level separated by 0.03 mm and extending outwardly by a length of 2.3 cm from the central axis of the shaft The pin has a diameter of 0.5 cm. The pin impeller is attached to a cylindrical sleeve forming a dynamic mixing device, and the pin is further spaced 1.5 mm from the wall of the cylindrical sleeve.
[0307]
As shown in the figure in co-pending US patent application Ser. No. 08 / 716,510 filed by DesMarais on Sep. 17, 1996, the disclosure of which is incorporated by reference as part of this specification. At the same time, a small portion of the effluent exiting the dynamic mixing device is recovered and flows into the recirculation zone. A recirculation zone Waukesha pump returns this small portion to the entry point of the oil and water phase flow into the dynamic mixing zone.
[0308]
The static mixer (TAH Industries Model 100-812) has 12 elements with an outer diameter of 1 inch (2.5 cm). A hose is attached downstream of the static mixer to facilitate delivery of the emulsion to the equipment used for curing. Optionally, an additional static mixer is used to provide additional back pressure to maintain the filled hose. The optional static mixer may be a 1 inch (2.5 cm) pipe, 12 element mixer (McMaster-Carr, Aurora, Ohio, model 3529K53).
[0309]
The combined mixing and recirculation mechanism is filled with oil and water phases at a ratio of 4 parts water to 1 part oil. The dynamic mixing device is evacuated so that air can escape while the device is completely filled. The flow rate during filling is 7.57 g / sec for the oil phase and 30.3 cm for the water phase.Three/ Sec.
[0310]
Once the device mechanism is filled, rotate the impeller at 1750 RPM to start stirring in the dynamic mixer, about 30 cmThreeStart recirculation at a rate of / sec. After that, the flow rate of the water phase is 151.3 cm over about 1 minute.ThreeThe oil phase flow rate is reduced to 3.03 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is about 150 cm during the latter timeThreeSteadily increase to / sec. The back pressure created by the dynamic zone and static mixer at this point is about 19.9 PSI (137 kPa), which represents the total pressure drop of the system. The speed of the Waukesha pump (model 30) then decreases steadily to about 75 cmThreeA recirculation rate of / sec is produced.
[0311]
The flow of HIPE from the static mixer at this point was 40 inches (102 cm) in diameter and 12 inches in height with a removable side that was very similar to the mold that was used to open the bottom used in cake making. Collected in 5 inch (31.8 cm) round polyethylene tabs. A pipe-like polyethylene insert with a diameter of 12.5 inches (31.8 cm) at the bottom is firmly fixed in the center of the bottom surface and has a height of 12.5 inches (31.8 cm). The HIPE-containing tub is maintained in a room maintained at 65 ° C. for 18 hours to effect polymerization and form a foam.
[0312]
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residues and initiator) of about 48-52 times (48-52 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression with a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×). At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C.2The solution is re-saturated and squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with a vacuum to a water phase content of about 4 times. Foam CaCl2The content is 8-10%.
[0313]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.021 inches (0.053 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17% by weight of the polymerized material. At this point, the foam sheet can be extremely draped and "thin-after-drying".
[0314]
<Sample S. 3 Preparation of high surface area foam from HIPE>
The aqueous and oil phase streams used in the continuous process to form the HIPE emulsion are described in Example S.1. Prepare according to 2. Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (53-55 ° C.) were obtained from Example S.I. 2 to a dynamic mixing device.
[0315]
Once the device mechanism is filled, rotate the impeller at 1700 RPM to start stirring in the dynamic mixer, about 30 cmThreeStart recirculation at a rate of / sec. After that, the flow rate of the water phase is 151.3 cm over about 1 minute.ThreeThe oil phase flow rate is reduced to 3.36 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is about 150 cm during the latter timeThreeSteadily increase to / sec. At this point, the back pressure created by the dynamic zone and static mixer is about 19.7 PSI (136 kPa), which represents the total pressure drop of the system. The speed of the Waukesha pump (model 30) then decreases steadily to about 75 cmThreeA recirculation rate of / sec is produced.
[0316]
The flow of HIPE from the static mixer at this point is the sample S.P. Collected as described in 2 and cured to polymer foam.
[0317]
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residues and initiator) that is approximately 43-47 times (43-47 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression with a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×). At this point the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C.2The solution is re-saturated and squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with vacuum to an aqueous phase content of about 4 times. Foam CaCl2The content is 8-10%.
[0318]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.028 inches (0.071 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17% by weight of the polymerized material. At this point, the foam sheet can be extremely draped and "thin-after-drying".
[0319]
<Sample S. 4 Preparation of high surface area foam from HIPE>
The aqueous and oil phase streams used in the continuous process to form the HIPE emulsion are described in Example S.1. Prepare according to 2. Separate streams of oil phase (25 ° C.) and aqueous phase (53-55 ° C.) were obtained from Example S.I. 2 to a dynamic mixing device.
[0320]
Once the device mechanism is filled, rotate the impeller at 1750 RPM to start stirring in the dynamic mixer, about 30 cmThreeStart recirculation at a rate of / sec. After that, the flow rate of the water phase is 151.3 cm over about 1 minute.ThreeThe oil phase flow rate is reduced to 3.78 g / sec over about 3 minutes. The recirculation rate is about 150 cm during the latter timeThreeSteadily increase to / sec. At this point, the back pressure created by the dynamic zone and static mixer is about 18.7 PSI (129 kPa), which represents the total pressure drop of the system. The speed of the Waukesha pump (model 30) then decreases steadily to about 75 cmThreeA recirculation rate of / sec is produced.
[0321]
The flow of HIPE from the static mixer at this point is the sample S.P. 2 and collected into a polymer foam.
[0322]
The cured HIPE foam is removed from the curing tab. The foam at this point has a residual aqueous phase (including dissolved emulsifiers, electrolytes, initiator residues and initiator) of about 38-42 times (38-42 ×) the weight of polymerized monomer. The foam is sliced into 0.185 inch (4.7 mm) thick sheets using a sharp reciprocating saw blade. These sheets are then subjected to compression with a series of two porous nip rolls equipped with a vacuum that gradually reduces the residual aqueous phase content of the foam to about 6 times the weight of the polymerized material (6 ×). At this point, the sheet is further 1.5% CaCl at 60 ° C.2The solution is re-saturated and squeezed with a series of three porous nip rolls equipped with a vacuum to a water phase content of about 4 times. Foam CaCl2The content is 8-10%.
[0323]
The foam remains compressed to a thickness of about 0.028 inches (0.071 cm) after the final nip. The foam is then air dried for about 16 hours. Such drying reduces the water content to about 9-17% by weight of the polymerized material. At this point, the foam sheet can be extremely draped and "thin-after-drying".
[0324]
<Sample S. 5. Storage Absorbing Member Comprising High Surface Area Polymer Foam Material>
In this example, the hydrogel-forming absorbent polymer and sample S.I. A high capillary suction absorbent member comprising a high suction polymer foam prepared according to 3 is described. To construct a hydrogel-forming positive absorbent polymer containing members that approach the relatively homogeneous distribution of the absorbent polymer and polymer foam, the following method is followed:
A mixer (model Osterizer 848-36L) equipped with a 1.25 liter bottle already containing 1 liter of 2% calcium chloride solution in it, 10 g of air-dried polymer foam (sample above) S.3 prepared). After confirming that all foam material is submerged in the liquid, stir for 10 seconds at “Liquify” (high setting) and then for 5 seconds at “Grate” setting. The resulting slurry is then transferred to a Buchner funnel (Coors USA model 60283) lined with paper towels. Approximately 500 ml of liquid is drained freely from the sample. The sample is then coated with a rubber membrane and a vacuum (about 500 mm Hg or about 66 kPa) is applied to dehydrate the sample to a weight of 50-60 g.
[0325]
Return the sample to the dry mixer bottle and disperse with agitation set to “Liquify” while the bottle and mixer body are inverted several times or upright to disperse the sample into almost individual particles. Or return. The dispersed sample is then air dried under ambient conditions, after which the foam particles provide a storage absorbent member composed of a homogeneous mixture of 50% by weight hydrogel-forming polymer and 50% by weight high surface area polymer foam. For the hydrogel-forming absorbent polymer (ASAP 2300, available from Chemdal Corporation, Palantine, Ill .; and from the Paper Technology Division of The Procter & Gamble CO., Cincinnati, Ohio) Also available).
[0326]
<Sample S. 6 Storage Absorption Member Having High Surface Area Fibrette>
<Fibret>
This example describes a high capillary suction absorbent member comprising a hydrogel-forming absorbent polymer and a high surface area fibrette. To provide a storage and absorbent member composed of a homogenous mixture of 50% by weight hydrogel-forming polymer and 50% by weight fibrette, Hoechst (Hoechst) as cellulose acetate Fibrets®. High surface area fibrettes available from Celanese Cop .; Charlotte, North Carolina), available from Hydrogel-Forming Absorbent Polymer (ASAP 2300, Chemdal Corporation, Parantin, Ill .; and The Procter & Cincinnati, Ohio Combined with the paper technology division of The Procter & Gamble CO.
[0327]
<Structure>
As described in the general description section, it is assumed that these cores contain collection / distribution areas that are in liquid communication with the liquid storage areas and the materials used in these areas are Given that the requirements are met, the absorbent core can be configured with a wide range of possibilities. Accordingly, such a core can be constructed from each material in a layered arrangement with basis weight and size tailored to the intended use requirements as described above.
[0328]
A particular core structure useful for baby diapers of a size commonly referred to as MAXI has a rectangular shape with a length of about 450 mm and a width of about 100 mm. At this time, the collection / distribution region is composed of one layer of material having a similarly rectangular dimension covering the entire absorbent core. The liquid storage area may also be a rectangle that extends beyond the entire size of the absorbent core underneath the collection / distribution area as one layer. The thickness of the material may vary across the length and / or width of the absorbent core, but in a simple construction it is a uniform thickness throughout the absorbent core.
[0329]
Essential to the function is that the collection / distribution material and the storage material are selected according to their capillary suction characteristics as described above.
[0330]
With a specially selected sample as described above, every individual dispensing material sample can be combined with any of the respective storage materials and provide further adequate performance.
[0331]
<Test method>
Unless otherwise specified, tests are conducted under controlled experimental conditions at room temperature of about 23 +/− 2 ° C. and relative humidity of 50 +/− 10%. Specimens are stored under these conditions for at least 24 hours prior to testing.
[0332]
<Preparation of synthetic urine>
Unless otherwise specified, the special synthetic urine used in this test method is commonly known as Jayco SynUrine and is obtained from the Jayco Pharmaceuticals Company in Camp Hill, PA. Is possible. The formula for synthetic urine is as follows: 2.0 g / l KCl: 2.0 g / l Na2SOFour0.85 g / l (NHFour) H2POFour0.15 g / l (NHFour) H2POFour0.19 g / l CaCl2And 0.23 g / l MgCl2It is. All chemicals are special grade reagents. The pH of synthetic urine is in the range of 6.0 to 6.4.
[0333]
<Vertical wicking time and vertical wicking capacity>
Vertical wicking time was required for the colored test solution (eg, synthetic urine) in the reservoir to wick a 15 cm vertical distance through the test specimen of the specified size foam (capillary wicking like a wick) Measure by measuring time. The vertical wicking test method is described in detail in the Test Method section of US Pat. No. 5,387,207 (incorporated by reference) above, but here it is performed at 31 ° C. instead of 37 ° C. The vertical wicking capacity of the material for a given height is also the vertical wicking capacity described in the test method section of US Pat. No. 5,387,207, except that the test is performed at 31 ° C. instead of 37 ° C. Measure using test. Finally, the washing and re-drying steps described in the cited patent are not performed. The remarkable vertical wicking capacity value is the capacity achieved at a height of 15 cm in equilibrium. The result is the unit at a height of 15 cm (g / cm2/ Sec).
[0334]
<Simple liquid penetration test>
This simple permeability test provides a measure for the permeability for two special conditions: the permeability is for a wide range of porous materials that are 100% saturated (eg, nonwovens made from synthetic fibers, or cellulosic structures), or Measured for materials that reach different degrees of saturation with proportional changes in calipers without filling with air (each outer vapor layer), such as collapsible polymer foam, but the latter for penetration at various saturation levels The rate can be easily measured at various thicknesses.
[0335]
For polymer foam materials in particular, it has been found beneficial to test at a high temperature of 31 ° C. so that the in-use conditions for the absorber can be better simulated.
[0336]
In principle, this test is based on Darcy's law, in which the volume flow rate of liquid passing through any porous medium is proportional to the pressure gradient, and the proportionality constant is related to permeability. is doing:
Q / A = (k / η)*(ΔP / L)
In the formula:
Q = volume flow rate [cmThree/ S];
A = cross-sectional area [cm2];
k = penetration rate (cm2(1 Darcy is 9.869)*10-13m2Equivalent to);
η = viscosity (poise) [Pa*s];
ΔP / L = pressure gradient [Pa / m];
L = sample caliper [cm]
Thus, the permeability can be calculated by measuring pressure drop and volumetric flow rate through the sample at a constant or predetermined sample cross-sectional area and test fluid viscosity:
k = (Q / A)*(L / ΔP)*η
This test relates first to cross-plane permeability (ie, the direction of flow is essentially along the thickness dimension of the material), and second to in-plane permeability (ie, the direction of flow is x of the material). (It is in the y direction) and can be executed by two kinds of correction methods.
[0337]
A test set-up for a simplified cross-plane permeability test can be seen in FIG. 1, which is a partially exploded cross-sectional view, but not a scaled view of the sample cell, as a schematic and inset of the overall apparatus.
[0338]
The test mechanism generally comprises a circular or cylindrical sample cell (120) having an upper portion (121) and a lower portion (122). The spacing between these parts can be measured and can therefore be adjusted by caliper meters (145) and adjusting screws (140) arranged on each of the three outer peripheries. In addition, the device connects several liquid reservoirs (150, 154, 156), including a height adjuster (170) for the water supply reservoir (150), as well as the tube (180), the sample cell and the rest of the device. The quick release fitting (189) and the valves (182, 184, 186, 188). The differential pressure transducer (197) is connected through the tube (180) to the upper pressure detection point (194) and the lower pressure detection point (196). The computer device (190) for controlling the valve is further connected to a differential pressure transducer (197), a temperature probe (192), and a load cell (198) with a weight scale by wiring (199).
[0339]
A circular sample (110) having a diameter of 1 inch is passed by a flexible tube (180), such as a tygon tube, through a water absorption joint (132) to a water supply reservoir (150) and a water discharge joint ( 133) two sheets inside the sample cell (120) made from two 1 inch inner diameter cylindrical parts (121, 122) which are attached to the discharge reservoir (154) through Located between the porous screens (135). A closed cell foam gasket (115) provides protection against leakage around the sides of the sample. The test sample (110) is compressed to a diameter corresponding to the desired wet compression set at 0.2 psi (about 1.4 kPa) unless otherwise specified. The liquid is flowed through the sample (110) to reach a steady state flow. Once steady state flow through the sample (110) is established, volume flow rate and pressure drop are recorded as a function of time using the load cell (198) and differential pressure transducer (197). The experiment can be performed at any pressure up to a pressure head of 80 cm water (about 7.8 kPa), which can be adjusted by the height adjuster (170). From these measurements, the flow rate at various pressures on the sample can be measured.
[0340]
This device is supplied by Porous Materials, Inc., Ithaca, New York under the name PMI Liquid Permeability Meter, as detailed in the 2/97 user manuals. Such a penetrometer is commercially available. This device includes two stainless steel frit as the porous screen (135), also specified in the pamphlet. The apparatus includes a sample cell (120), a water supply reservoir (150), a water discharge reservoir (154), a waste liquid reservoir (156) and valves and fittings for filling and emptying, an electronic balance, and a computer monitoring and valve control device (190).
[0341]
The gasket material (115) is Closed Cell Neoprene Sponge SNC-1 (soft) as supplied by the Netherland Rubber Company, Cincinnati, Ohio. A set of different thicknesses in 1/16 "increments (about 0.159 cm) to cover a thickness in the range of 1/16" to 1/2 "(about 0.159 cm to about 1.27 cm) You have to get the materials.
[0342]
In addition, a supply of compressed air of at least 60 psi (4.1 bar) is required to operate each valve.
[0343]
The test solution is deionized water.
[0344]
The test is then performed by the following steps:
1) Preparation of test sample:
In the preliminary test, it is determined whether one or more test sample layers are required, with the tests outlined below being performed at minimum and maximum pressures. The number of layers is then 0.5 m with a minimum pressure dropThree/ M and 15m at maximum pressure dropThreeAdjust so that the flow rate during the test can be maintained between / sec. The flow rate for the sample must be less than the flow rate for the blank at the same pressure drop. If the sample flow rate exceeds the blank flow rate for a constant pressure drop, more layers must be added to reduce the flow rate.
[0345]
Sample size: Samples are cut to a 1 "(about 2.54 cm) diameter using an arch punch such as that supplied by McMaster-Carr Supply Company, Cleveland, Ohio. If their internal strength and integrity to maintain the structure of the sample during the required operation is too small, conventional low basis weight support means such as PET scrims or nets can be added.
[0346]
Accordingly, at least two samples (each made from the required number of layers if necessary) are pre-cut. One of these is then saturated in deionized water at the temperature at which the experiment is conducted (70 ° F. (31 ° C. unless otherwise specified)).
[0347]
The wet sample caliper has a hold-down diameter of 11.8 "(about 2.86 cm) and applies a pressure of 0.2 psi (about 1.4 kPa) on the sample (110) unless otherwise specifically desired. Measure using a caliper meter (as supplied by AMES, Waltham, Mass., USA) under the desired compression pressure at which the experiment is performed (if necessary after a 30 second stabilization time).
[0348]
Appropriate combinations of gasket materials are selected such that the total thickness of the gas sketching foam (115) is 150-200% of the thickness of the wet sample (various thicknesses to achieve the desired total thickness). Note that some gasket material combinations may be required). The gasket material (115) is cut to a circular size of 3 "diameter and a 1 inch (2.54 cm) hole is drilled in the center using an arch punch.
[0349]
If the sample dimensions change upon wetting, the sample must be cut to obtain the required diameter during the wetting stage. This can also be evaluated in this preliminary test by monitoring each dimension. If these change so that gaps are formed or that the sample forms a fold that prevents the sample from contacting the porous screen or frit smoothly, the cut diameter must be adjusted accordingly. Don't be.
[0350]
The test sample (110) is placed inside the hole in the gasket foam (115) and the composite is placed on top of the lower half of the sample cell so that the sample is in flat and smooth contact with the screen (135). To ensure that no gaps are formed on both sides.
[0351]
The upper part (121) of the test cell is laid flat on a lab bench (or other horizontal plane) and all three caliper meters (145) attached to it are zeroed.
[0352]
The upper part (121) of the test cell is then placed on the lower part (122) so that the gasket material (115) and the test sample (110) lie between the two parts. Thereafter, the upper part and the lower part are tightened by the fixing screw (140) so that the three caliper meters are adjusted to the same value when measured on the wet sample under each of the above pressures.
[0353]
2) To prepare the experiment, start the program on the computer device (190) and enter the sample identification, each pressure etc.
3) Run the test for several pressure cycles with the first pressure being the minimum pressure on one sample (110). The results of individual pressure runs are placed in separate result files by the computer device (190). Data is taken from each of these files for the calculations described below (a separate sample must be used for the next test run of material). 4) Set the inlet liquid reservoir (150) to the required height and start the test on the computer device (190).
5) The sample cell (120) is then placed in the permeability meter device using the quick disconnect fitting (189).
6) Fill sample cell (120) by opening vent valve (188) and lower fill valve (184, 186). Care must be taken to remove bubbles from the system during this step, but this can be accomplished by inverting the sample cell upside down and venting the osmometer through the drain if bubbles are present. .
When the sample cell is filled up to the Tygon tube attached to the top of the chamber (121), air bubbles are removed from this tube into the waste reservoir (156).
7) After carefully removing bubbles, close the lower fill valve (184, 186), fill the upper portion and open the upper fill valve (182) so that all bubbles can be removed more carefully.
8) Fill the liquid reservoir to the full water line (152).
[0354]
The flow through the sample is then started by starting the computer device (190).
[0355]
After the temperature in the sample chamber reaches the required value, the test is ready to begin.
[0356]
When the experiment is initiated by the computer device (190), the outlet flow is automatically diverted from the waste reservoir (156) to the discharge reservoir (154), and the pressure drop and temperature are monitored as a function of time over several minutes. Is done.
[0357]
When the program ends, the computing device provides the recorded data (by number and / or illustration)
If desired, the permeability can be measured with various pressure heads using the same test sample, thereby increasing pressure from run to run.
[0358]
Devices, especially frit, load cells, thermocouples and pressure transducers, must be cleaned every two weeks according to the device supplier's instructions and must be calibrated at least once a week.
[0359]
The differential pressure is recorded by differential pressure transducers connected to pressure probe measurement points (194, 196) on the upper and lower sides of the sample cell. Since there may be other flow resistances in the chamber in addition to the recorded pressure, each experiment must be corrected by a blank test run. Blank test runs must be performed on each day at the required pressure of 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80 cm. The penetrometer will output the average test pressure for each experiment and also the average flow rate.
[0360]
For each pressure at which the sample was tested, the flow rate was blank corrected by the computer system (190) correcting the average test pressure (actual pressure) for the pressure difference recorded at each height to produce a further corrected pressure. As recorded. This correction pressure is DP used in the following permeability equation.
[0361]
The permeability can then be calculated at each required pressure and all penetrations must be averaged to determine k for the material being tested.
[0362]
For each sample, three measurements must be taken at each head and the results averaged to calculate the standard deviation. However, the same sample must be used to measure the permeability with each head, but a new sample must then be used to perform the second and third measurements.
[0363]
Measurement of in-plane permeability under the same conditions as the above-mentioned cross-plane permeability is schematically shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), which shows a partially exploded cross-sectional view, but not a proportional scale of the sample cell alone. This can be accomplished by modifying the above device as depicted. Equivalent elements are labeled equally as sample cell (210) in FIG. 2 correlates to number (110) in FIG. Thus, the cross-plane simple sample cell (120) of FIG. 1 allows liquid to flow only in one direction (either in the flow direction or in the front-rear direction, depending on how the sample is placed in the cell). It replaces the simple in-plane sample cell (220) that is designed to do so. Care must be taken to minimize the formation of liquid flutes along the wall (wall effect), as this can inadvertently produce high permeability readings. The subsequent test method is executed in exactly the same way as the cross-plane simple test.
[0364]
Sample cell (220) essentially described sample cell (120) in the cross-plane test described above, except that the filling tube is directed to a water absorption joint (232) at the bottom of cell (220). Is designed to be placed in the device. FIG. 2 (A) shows a partially exploded view of the sample cell, and FIG. 2 (B) shows a cross-sectional view through the sample level.
[0365]
The test cell (220) is made of two pieces: a lower piece (225), such as a rectangular box with a flange, and an upper piece (also fitted with a flange that fits inside the lower piece (225)). 223). The test sample is cut to a size of 2 "inch x 2" inch (about 5.1 cm x 5.1 cm) and placed inside the lower piece. The upper piece (223) of the sample chamber is then placed in the lower piece (225) and rests on the test sample (210). A neoprene rubber seal (224) that cannot be compressed for sealing is attached to the upper piece (223). The test fluid flows from the water supply reservoir through the Tygon tube to the sample space and the water absorption joint (232) and then through the water discharge joint (233) to the water discharge reservoir. In this test embodiment, temperature control of the liquid passing through the sample cell may be inadequate due to the low flow rate, and the sample is thereby pumped through the heating chamber (227) with conditioned water. The desired test temperature is maintained by a heating device (226). The gap in the test cell is set with a caliper that corresponds to the desired wet compression, usually 0.2 psi. Use shims (216) in the size range of 0.1 mm to 20.0 mm, optionally using a combination of several shims to set the correct caliper.
[0366]
At the start of the experiment, the test cell (220) is rotated 90 ° (the sample is vertical) and the test solution is allowed to flow slowly from the bottom. This is necessary to ensure that all air is exhausted from the sample and the water absorption / discharge joint (232/233). The test cell (220) is then rotated back to the initial position so that the sample (210) can be level. The subsequent procedure is the same as that described above for cross-plane permeability, i.e. the feed reservoir is placed at the desired height, the flow is equilibrated, and the flow rate and pressure drop are measured. Permeability is calculated using Darcy's law. This procedure is repeated for higher pressures as well.
[0367]
For samples with very low permeability, it may be necessary to increase the drive pressure, for example by extending the height or applying additional air pressure to the reservoir to obtain a "measurable flow rate" There is a case. The in-plane permeability can be measured independently of the flow direction and the front-rear direction, depending on how the sample is placed in the test cell.
[0368]
<General liquid penetration test>
The general permeability test can measure the permeability as a function of saturation for any porous material. The principle of this test is similar to that of the simple test, the essential difference is that the sample is loaded with a specified amount of air in addition to the liquid load, which causes a certain degree of saturation. This is achieved by the test arrangement schematically depicted in FIG. 3 which defines the principle and general cross-plane permeability, and FIG. 4 which shows the difference in general in-plane permeability. The numbers not indicated correspond to the numbers in FIG. 1 (for example, water reservoir (356) corresponds to water reservoir (156)).
[0369]
In it, the sample cell (320/420) is likewise fixed on the height adjustment device (372) in addition to the water supply reservoir (350) whose height can be adjusted by means (370). (Not shown in FIG. 4). This water supply reservoir limits the first height difference (357) compared to the water discharge reservoir (354), which is related to the differential pressure Δp (which represents the differential pressure for calculating the permeability). . The feed reservoir (350) limits the second height difference (359) to the sample height associated with the differential pressure Δp (c), which is the difference associated with saturation within the sample. Refers to pressure, whereby higher capillary aspiration is typically correlated with lower saturation.
[0370]
The experiment starts with a low ΔPc (close to 0 cm water) where the sample will be 100% saturated. The liquid flows through the sample due to the applied pressure drop Δp (c) (water supply reservoir height-water discharge reservoir height). At steady state, the uptake of liquid in the drainage reservoir is measured as a function of time. Permeability can be calculated from pressure drop and volumetric flow rate data using Darcy's law. The exact saturation can be obtained by comparing the weight of the dry sample before the test and the wet sample after the test.
[0371]
In order to measure permeation at less than 100% saturation, first a new test sample is 100% saturated as described in the paragraph above. The sample is then moved to a higher height (eg 10 cm) and allowed to equilibrate at that height. During this time, liquid continuously flows from the water supply reservoir to the water discharge reservoir. Saturation within the sample will decrease over time. When steady state is reached, i.e., when the uptake vs. time plot is linear, flow rate, pressure drop and saturation are measured as above. This procedure is repeated for several sample heights using the new sample.
[0372]
In order to obtain a measurable flow rate, it may be necessary to increase the pressure drop between the water supply and discharge reservoirs as saturation decreases. This is because for most porous materials, the permeability decreases steeply with decreasing saturation. It is necessary to ensure that the pressure drop between the water supply reservoir and the water discharge reservoir is much smaller than the capillary suction.
[0373]
To ensure that the liquid level does not change significantly while waiting to reach a steady state, it is necessary to use wide mouth liquid reservoirs (352, 354).
[0374]
This test gives the permeability to saturation for the desorption cycle. That is, the sample initially has a higher saturation. Of course, permeability data can be generated for the absorption cycle, but some hysteresis effects may occur and should not be used in this evaluation.
[0375]
A sample cell (320) for a general cross-plane permeability test includes two frit (335) disposed above and below the sample (310), so that a sample for a simple cross-plane permeability test. Essentially different from cell (120). For these frits (335), it is necessary to ensure that most of the resistance to flow is provided by the sample and the frit resistance can be ignored. A finely perforated, thin film above the coarse frit allows measurements up to high heights without providing significant resistance to flow. The frit has a sufficiently high bubble point pressure corresponding to a water height of about 200 cm or more, but must be selected to provide a low flow resistance at the same time. This can be better achieved by selecting a sufficiently thin membrane with the required bubble point pressure covering the more open support structure.
[0376]
For the general permeability test, care must be taken that the air contacts the sample through the sides so that the saturation can be varied depending on Δp (c). Therefore, the design of the sample cell is essentially the same as the test cell for the simple chamfer test except for the following points. That is, the foam gasket material is removed, and an apparatus for adjusting the gap between the upper and lower portions allows samples to be sampled under a desired pressure of 0.2 psi (about 1.4 kPa) unless otherwise required. To maintain (along with the weight of the upper part (321)) it is replaced by a constant pressure generator such as a weight (317).
[0377]
A sample cell (420), which is a design derived from the simple in-plane tests and principles described above, for the general in-plane permeability test is shown in FIG. Thus, liquid flows into the sample cell (420) through a water inlet (432) and a water outlet (433) connected to a membrane (435) such as a frit of the type described above (335 for frit). To do. The test sample (410) is positioned so that its end overlaps the two frits, but not the 2 inch x 2 inch (about 5.1 cm x 5.1 cm) central portion, thereby Wrinkles and gaps between the membrane and the membrane are avoided. The test sample (410) is a sample with a weight (417) used to adjust the pressure at which the experiment is performed (0.2 psi (about 1.4 kPa) unless otherwise desired and specified). Located between the upper and lower portions of the cell (420). Further, the sample is maintained at a constant temperature by the heating device (426), for example by pumping a constant temperature of water through the heating chamber (427).
[0378]
Again for this test mechanism, it is essential that air can flow into the sample through the sides to allow for various degrees of saturation.
[0379]
<Viscosity of liquid>
Liquid viscosity is an important input parameter for the above measurements and must be obtained for each temperature for each liquid, either from well-known tables or formulas, or measured by well-established measurement methods .
[0380]
<Capillary adsorption>
<Purpose>
The purpose of this test is to measure the capillary absorption capacity as a function of height of the storage absorbent member of the present invention. (This test is also based on the capillary as a function of height of a high surface area material, ie a material that does not contain an osmotic absorbent such as a hydrogel-forming absorbent polymer or any other material utilized in the absorbent member. It is also used to measure absorption capacity, but the discussion below will consider the capillary adsorption method as it relates to measuring the total storage absorbent member.) Capillary adsorption is a liquid-absorbing structure. It is a basic property of any absorbent that governs how it is absorbed into it. In capillary adsorption experiments, the capillary adsorption capacity is measured as a function of fluid pressure due to sample height relative to the test fluid reservoir.
[0381]
The method of measuring capillary adsorption is clearly recognized. For a discussion of the method for measuring capillary adsorption of absorptive structures, see Burgeni, AA and Kapur, C., “Capillary Sorption Equilibria in Fiber Masses”, Textile Research Journal, 37 (1967), 356-366; Chatterjee, PK, “Absorbency”, Textile Science and Technology 7, Chapter II, pp29-84, Elsevier Science Publishers BV, 1985; and published on 9 September 1986 by Weisman et al. See U.S. Pat. No. 4,610,678. The disclosure of each of these references is incorporated herein by reference as part of the specification.
[0382]
<Principle>
A porous glass frit is connected to a liquid reservoir on the scale through a continuous column of liquid. Samples are maintained under certain limited weights throughout the experiment. As the porous structure absorbs liquid as needed, the weight loss in the scaled liquid reservoir is recorded as the liquid uptake and adjusted for glass frit uptake as a function of height and evaporation. The uptake or absorption capacity at various capillary suctions (hydrostatic tension or height) is measured. Incremental absorption occurs due to an incremental decrease in frit (ie, a decrease in capillary suction).
[0383]
During the experiment, time is also monitored so that the initial effective uptake rate (g / g / h) at a height of 200 cm can be calculated.
[0384]
<Reagents>
Test solution: Synthetic urine is prepared by completely dissolving the following materials in distilled water.
[0385]
Figure 0004209591
[0386]
<General description of device mechanism>
In FIG. 2A used for this test, the capillary adsorption test apparatus, generally designated as 520, is operated under TAPPI conditions (50% RH, 25 ° C.). The test sample is connected to a scaled liquid reservoir labeled 506 containing the test solution through a continuous column of test solution (synthetic urine) on a glass frit, shown as 502 in FIG. 2 (A). Placed on. This reservoir 506 is placed on a scale 507 connected to a computer (not shown). Scales must be able to read up to 0.001 g; such scales are available as PR1203 from Mettler Toledo (Heightstown, NJ). The glass frit 502 is placed on a vertical slide, generally indicated as 501 in FIG. 2A, to allow vertical movement of the test sample to expose the test sample to various suction heights. The vertical slide may be a rodless drive attached to the computer to record the suction height and corresponding time to measure the amount of liquid uptake by the test sample. A preferred rodless actuator is an industrial product 202X4X34N-1D4B-84-PCSE, which can be powered by an electric device ZETA 6104-83-135 available from CompuMotor (Rohnert, Calif.). Available from Industrial Devices (Novato, CA). When data is measured and data is sent from the drive unit 501 and the scale 507, capillary adsorption / absorption capacity data is easily generated for each test sample. Similarly, the vertical movement of the glass frit 502 can be controlled by connecting a computer to the driving device 501. For example, the drive can command the glass frit 502 to move vertically only after reaching “equilibrium” (defined below) at each suction height.
[0387]
The lower part of the glass frit 502 is connected to a Tygon® tube that connects the frit 505 to a drain three-way stopcock 509. The drain cock 509 is connected to the liquid reservoir 505 by a glass tube 504 and a cock 510. (The stopcock 509 is opened toward the drain only during cleaning of the apparatus or during the removal of bubbles.) The glass tube 511 connects the liquid reservoir 505 and the liquid reservoir 506 with a scale by the stopcock 510. The liquid reservoir 506 with a scale is composed of a lightweight 12 cm diameter glass dish 506A and a cover 506B. Cover 506B has a hole through which glass tube 511 contacts the liquid in reservoir 506. The glass tube 511 must not contact the cover 506B, otherwise unstable scale readings will occur and test sample measurements will not be available.
[0388]
The diameter of the glass frit must be sufficient to fit the piston and cylinder device described below to hold the test sample. The glass frit 502 must be fitted with a jacket so that a constant temperature control from the heating bath is possible. The frit is a 350 ml fritted glass circular funnel defined as having 4 to 5.5 μm pores available from Corning Glass Co. (Corning, NY) as # 36060-350F. The pores are fine enough to keep the frit surface wet at a defined capillary suction height (the glass frit does not allow air to enter the continuous column of test fluid below the glass frit ).
[0389]
As described above, the frit 502 is connected to the liquid reservoir 505 or the liquid reservoir 506 with a scale by a tube depending on the position of the three-way cock 510.
[0390]
Glass frit 502 is jacketed to accept water from a constant temperature bath. This will ensure that the glass frit temperature is maintained at a constant temperature of 88 ° F. (31 ° C.) during the test procedure. As shown in FIG. 2 (A), the glass frit 502 is provided with a water intake port 502A and a water discharge port 502B, which form a closed loop with a circulating heating bath, generally designated 508. (A glass jacket is not depicted in FIG. 2 (A). However, water introduced from the bath 508 to the jacketed glass frit 502 does not contact the test solution, and the test solution is a constant temperature bath. (The water in the isothermal bath circulates through the jacket wall of the glass frit 502.)
Reservoir 506 and scale 507 are housed in a box to minimize evaporation of test fluid from the scaled reservoir and to enhance the stability of the scale during the course of the experiment. This box, generally designated 512, has a top and a wall with a hole through which the tube 511 is inserted.
[0390]
The glass frit 502 is shown in more detail in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view of the glass frit in which the water absorption port 502A and the water discharge port 502B are not shown. As mentioned above, the glass frit is a 350 ml fritted glass circular funnel with defined 4-5.5 μm pores. Referring to FIG. 2B, the glass frit 502 comprises a cylindrical jacketed funnel designated 550 and a glass frit disk designated as 560. The glass frit 502 further confines the test sample, shown as 570, and further provides a small sealing pressure to the test sample, generally a cylinder / piston set shown as 565 (comprising a cylinder 566 and a piston 568). It has a solid. To prevent excessive evaporation of the test fluid from the glass frit disk 560, a Teflon ring, designated 562, is placed on top of the glass frit disk 560. The Teflon® ring 562 is 0.0127 cm thick (available as a seat stock from McMasterCarr as # 8569K16 and cut to the appropriate size), and the frit outside the cylinder 566 Used to coat the disk surface, thus minimizing evaporation from the glass frit. The outer diameter and inner diameter of the ring are 7.6 and 6.3 cm, respectively. The inner diameter of the Teflon® ring 562 is approximately 2 mm smaller than the outer diameter of the cylinder 566. The Viton® O-ring (available from McMasterCarr as # AS568A-150 and AS568A-151) 564 is more useful in preventing evaporation and the inner wall of the cylindrical jacketed funnel 550 and the Teflon Placed on top of the Teflon® ring 562 to seal the gap between the ® ring 562. If the O-ring outer diameter is larger than the inner diameter of the cylindrical jacketed funnel 550, the O-ring diameter is reduced to fit the funnel as follows: the O-ring is cut open and the required amount of O-ring material And the O-ring is reattached so that it contacts the inner wall of the cylindrical jacketed funnel 550 over its entire circumference.
[0392]
As described above, the cylinder / piston assembly, generally shown in FIG. 2B as 565, encloses the test sample and provides a small sealing pressure to the test sample 570. Referring to FIG. 2 (C), the assembly 565 includes a cup-like Teflon.RTM. Piston designated as cylinders 566, 568 and one or more weights (if necessary) that fit the inner piston 568. (Not shown). (Optional weights will be used if necessary to adjust the combined weight of the piston and any weights so that a 0.2 psi sealing pressure is achieved depending on the dry diameter of the test sample. This is described below.) Cylinder 566 is a Lexan® bar stock and has the following dimensions: 7.0 cm outer diameter, 6.0 cm inner diameter and 6.0 cm height. The Teflon® piston 568 has the following dimensions: an outer diameter that is 0.02 cm smaller than the inner diameter of the cylinder 566. As shown in FIG. 2D, the end of the piston 568 that does not contact the test sample has any weight necessary to achieve a test sample sealing pressure of 0.2 psi (1.4 kpa) (test Is perforated to provide a chamber 590 that is 5.0 cm diameter x about 1.8 cm deep. In other words, the total weight of the piston 568 and any optional weight (not shown) divided by the actual diameter of the test sample (when dry) will achieve a sealing pressure of 0.2 psi. Must. Cylinder 566 and piston 568 (and any weight) are allowed to equilibrate at 31 ° C. for at least 30 minutes before performing capillary adsorption capacity measurements.
[0393]
During capillary adsorption experiments, non-surfactant treated or mixed spun perforated film (14 cm × 14 cm) is used to cover the glass frit 502 to minimize air destabilization around the sample. The perforations are large enough to prevent condensation from occurring on the lower surface of the film during the experiment.
[0394]
<Preparation of test sample>
The test sample can be obtained by punching out a 5.4 cm diameter circular structure from the storage absorbent member. If the member is an absorbent component, other components of the product must be removed prior to testing. The member cannot be separated from other components of the product without significantly changing its structure (eg, density, relative placement of component materials, physical properties of the constituent materials, etc.) or the member is an absorbent component In the absence of the test sample, the test sample is prepared by combining all the materials comprising the member so that the combination is representative of the member in question. The test sample is a circle with a diameter of 5.4 cm and is cut using an arch punch.
[0395]
The dry weight of the test sample (used below to calculate the capillary adsorption capacity) is the weight of the test sample prepared under ambient conditions as described above.
[0396]
<Experiment setup>
1. Place a clean, dry glass frit 502 on a funnel holder attached to a vertical slide 501. Move the vertical slide funnel holder so that the glass frit is at a height of 0 cm.
[0397]
2. As described above, the components of the device are installed as shown in FIG.
[0398]
3. Place a scaled liquid reservoir 506 with a 12 cm diameter on the scale 507. A plastic lid 506B is placed over the scaled liquid reservoir 506, and the balance box 512 is covered with a plastic lid, each of which has a small hole to allow the glass tube 511 to fit therethrough. The glass tube must not be in contact with the scaled liquid reservoir lid 506B, otherwise an unstable scale reading will occur and the measured value will not be usable.
[0399]
4). The stopcock 510 is closed toward the tube 504 and opened toward the glass tube 511. The liquid reservoir 505 previously filled with the test liquid is opened so that the test liquid can flow into the tube 511 to fill the liquid reservoir 506 with the scale.
[0400]
5). The glass frit 502 is leveled and fixed in place. Similarly, it ensures that the glass frit is dry.
[0401]
6). A Tygon (registered trademark) tube 503 is attached to the stopcock 509. (The tube must be long enough to reach the glass frit 502 at the highest point of 200 cm without a kink.) Fill the Tygon® tube with test fluid from the liquid reservoir 505.
[0402]
7. A Tygon® tube 503 is attached to the horizontal glass frit 502 and then the stopcock 509 and stopcock 510 leading from the liquid reservoir 505 to the glass frit 502 are opened. (The stopcock 510 must be closed with respect to the glass tube 511.) Fill the glass frit 502 with the test solution and remove any air trapped during the filling of the horizontal glass frit. Continue filling until the liquid level exceeds the top of the glass frit disk 560. Empty the funnel and remove any air bubbles inside the tube and funnel. The bubbles can be removed by inverting the glass frit 502 and allowing the bubbles to stand out through the drain of the stopcock 509. (Air bubbles typically collect on the bottom of the glass frit disk 560.) With a sufficiently small level that will fit inside the jacketed funnel 550 and on the surface of the glass frit disk 560. Level the frit again.
[0403]
8). The glass frit is zeroed using a scaled liquid reservoir 506. Take one Tygon® tube long enough to do this and fill it with the test solution. One end is placed in a scaled liquid reservoir 506 and the other end is used to place the glass frit 502. The level of test fluid indicated by the tube (equivalent to the level of the scaled fluid reservoir) is 10 mm below the top of the glass frit disk 560. If this does not fit the situation, adjust the amount of liquid in the reservoir or reset the zero position on the vertical slide 501.
[0404]
9. The water discharge port and water absorption port from the constant temperature bath 508 are attached to the glass frit water absorption port and water discharge ports 502A and 502B, respectively, by means of tubes. The temperature of the glass frit disk 560 is brought to 31 ° C. This can be measured in part by filling a glass frit with a test solution and measuring the temperature after it has reached an equilibrium temperature. In order to allow heat dissipation during the transfer of water from the bath to the glass frit, the bath would need to be set at a temperature somewhat above 31 ° C.
[0405]
10. Allow the glass frit to equilibrate for 30 minutes.
[0406]
<Capillary adsorption parameters>
The following describes a computer program that measures how long a glass frit stays at each height.
[0407]
In the capillary adsorption test software program, the test sample is at a certain height from the liquid reservoir. As described above, the liquid reservoir is placed on the scale so that the computer can read the scale at the end of a known time interval and calculate the flow rate (delta reading / time interval) between the test sample and the reservoir. is there. For the purposes of this method, a test sample is considered to be in equilibrium when the flow rate is less than the specified flow rate for a specified number of consecutive time intervals. It is recognized that for certain materials, the equilibrium may not actually be reached when the specified “equilibrium constant” is reached. The time interval between readings is 5 seconds.
[0408]
The number of readings in the delta table is defined as “equilibrium sample” in the capillary adsorption menu. The maximum number of deltas is 500. The flow rate constant is defined as “equilibrium constant” in the capillary adsorption menu.
[0409]
The equilibrium constant is input in units of g / sec within the range of 0.0001 to 100,000.
[0410]
The following is a simplified example of logic. The table shows the scale reading and the delta flow calculated for each time interval.
[0411]
Equilibrium sample = 3
Equilibrium constant =. 0015
[Table 1]
Figure 0004209591
[0412]
[Table 2]
Figure 0004209591
[0413]
[Table 3]
Figure 0004209591
[0414]
The equilibrium uptake for the simplified example above is 0.318 g.
[0415]
The following is the C code used to determine the equilibrium uptake:
[Table 4]
Figure 0004209591
[0416]
<Capillary adsorption parameters>
Load description (sealing pressure): 0.2 psi load
Equilibrium sample (n): 50
Equilibrium constant: 0.0005 g / sec
Setup height value: 100cm
Final height value: 0cm
Hydrostatic head parameters: 200, 180, 160, 140, 120, 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30, 25, 20, 15, 10, 5, and 0 cm
The capillary adsorption test procedure is performed using the full height specified above in the above order for the measurement of the capillary adsorption capacity. Even if it is desirable to measure capillary adsorption capacity at a specific height (eg, 35 cm), the entire series of hydrostatic water head parameters must be completed in a defined sequence. All these heights are used during the performance of the capillary adsorption test to create a capillary adsorption isotherm for the test sample, but the present disclosure discloses specific heights of 200, 140, 100, 50, 35 and 0 cm. The storage absorbent members will now be described with respect to their absorption characteristics.
[0417]
<Capillary adsorption test procedure>
1) Follow the experimental setup procedure.
2) Verify that the constant temperature bath 508 is switched on and water is circulating through the glass frit 502 and that the temperature of the glass frit disc 560 is 31 ° C.
3) Place the glass frit 502 at a suction height of 200 cm. The stopcocks 509 and 510 are opened to connect the glass frit 502 to the scaled liquid reservoir 506 (the stopcock 510 is closed to the liquid reservoir 505). The glass frit 502 is allowed to equilibrate for 30 minutes.
4) Input the above capillary adsorption parameters into the computer.
5) Close the stopcocks 509 and 510.
6) Move the glass frit 502 to a setup height of 100 cm.
7) Place the Teflon® ring 562 on the surface of the glass frit disk 560. Place O-ring 564 on the Teflon ring. A preheated cylinder 566 is placed concentrically on the Teflon® ring. Test sample 570 is placed concentrically in cylinder 566 on glass frit disk 560. Piston 568 is placed in cylinder 566. If necessary, an additional limiting weight is placed in the piston chamber 590.
8) Cover glass frit 502 with perforated film.
9) The figure reading at this point is zero or the tare reading is fixed.
10) Move the glass frit 502 to 200 cm.
11) Open stopcocks 509 and 510 (stopcock 510 is closed to liquid reservoir 505) and begin reading scale and time.
[0418]
<Glass frit correction (Blank correction loading)>
Since the glass frit disk 560 is a porous structure, the glass frit (502) capillary adsorption uptake (blank corrected uptake) is measured and reduced to obtain the true test sample capillary adsorption uptake. There must be. Glass frit correction is performed for each new glass frit used. To obtain the blank uptake (g), the capillary adsorption test procedure is performed as described above except that no test sample is used. The elapsed time at each specified height is equal to the blank time (s).
[0419]
<Correction of evaporation loss>
1) Move the glass frit 502 upwards 2 cm of zero and at that height open the stopcocks 509 and 510 (close to reservoir 505) and allow to equilibrate for 30 minutes.
2) Close the stopcocks 509 and 510.
3) Place the Teflon® ring 562 on the surface of the glass frit disk 560. Place O-ring 564 on the Teflon ring. A preheated cylinder 566 is placed concentrically on the Teflon® ring. Piston 568 is placed in cylinder 566. Place the perforated film on the glass frit 502.
4) Open stopcocks 509 and 510 (close to reservoir 505) and record scale reading and time over 3.5 hours. Calculate sample evaporation (g / hr) as follows:
[Scale reading after 1 hour-Scale reading after 3.5 hours] /2.5 hours
Even after all of the above cautions are observed, typically about 0.10 g / hr will occur for some evaporation loss, both test sample and frit correction. Ideally, sample evaporation is measured for each newly installed glass frit 502.
[0420]
<Washing the device>
When the glass frit 502 is newly installed, a new Tygon (registered trademark) tube 503 is used. Glass tubes 504 and 511, liquid reserve 505, and scaled liquid reservoir 506 are washed with 50% Clorox Bleach® in distilled water if bacterial contamination is visible, then rinsed with distilled water To do.
[0421]
a. Cleaning after each experiment
At the end of each experiment (after the test sample is removed), the glass frit is flushed forward with 250 ml test liquid from the liquid reservoir 505 to remove residual test sample from the holes in the glass frit disk. (Ie, the test solution is introduced into the bottom of the glass frit). Stopcocks 509 and 510 are open to liquid reservoir 505, closed to scaled liquid reservoir 506, the glass frit is removed from its support, and rinsed first with the test solution upside down, then Rinse with acetone and test solution (synthetic urine). During rinsing, the glass frit must be placed upside down and the rinsing liquid is spouted onto the test sample contact surface of the glass frit disc. After rinsing, the glass frit is flushed a second time forward with 250 ml test solution (synthetic urine). Finally, the glass frit is reattached to the support and the frit surface is leveled.
[0422]
b. Glass frit performance monitoring
The performance of the glass frit must be monitored using a glass frit setup at the 0 cm position after each cleaning procedure and each new installation of each glass frit. Inject 50 ml of test fluid onto a leveled glass frit disk surface (without Teflon® ring, O-ring and cylinder / piston components). Record the time required for the test solution level to drop 5 mm above the glass frit disk surface. If this time exceeds 4.5 minutes, regular cleaning must be performed.
[0423]
c. Regular cleaning
Periodically (see frit performance monitoring section above), glass frit is thoroughly cleaned to prevent clogging. The rinse solution is distilled water, acetone, 50% Clorox Bleach® (to remove bacterial growth) dissolved in distilled water and a test solution. Cleaning includes removing the glass frit from the support and disconnecting all tubes. The glass frit is flushed forward (ie, the test solution is introduced at the bottom of the glass frit) with the appropriate liquid and amount in the following order, with the frit upside down:
1. 250ml distilled water
2. 100 ml of acetone
3. 250 ml distilled water
4. 100 ml of 50:50 Clorox® / distilled aqueous solution
5. 250ml distilled water
6. 250 ml of test solution
The cleaning procedure is satisfactory if the performance of the glass frit is within the set flow standard (see above) and no residue can be observed on the glass frit disk surface. If cleaning cannot be performed successfully, the frit must be changed.
[0424]
<Calculation>
The computer is set up to provide a report consisting of the capillary suction height in cm at each defined height, the amount of uptake in time and g. From this data, the capillary suction absorption capacity corrected for both frit uptake and evaporation loss can be calculated. Similarly, the capillary absorption efficiency can be calculated at a specified height based on the capillary suction absorption capacity at 0 cm. In addition, the initial effective uptake rate at 200 cm is calculated.
[0425]
Blank correction capture amount:
Blank correction loading (g)
= Blank uptake (g)-Blank time * Sample evaporation (g / hr) / 3,600 (s / hr)
Capillary suction adsorption capacity (“CSAC”):
CSAC (g / g)
= {Sample uptake (g)-(Sample time * Sample evaporation (g / hr) / 3,600 (s / hr))-Blank corrected uptake (g)} / Dry weight of sample (g)
Initial effective uptake at 200 cm (“IEUR”):
IEUR (g / g / hr) = Sample time (s) at CSAC (g / g) / 200 cm at 200 cm.
[0426]
<Report>
To calculate the Capillary Adsorption Capacity (CSAC) for a given absorbent member or a given high surface area material, a minimum of two measurements must be obtained for each sample and the uptake must be averaged for each height. .
[0427]
Using these data, each number can be calculated:
-Capillary adsorption desorption height (CSDHx) at which material expressed in -cm released x% of its capacity at 0 cm (ie CSAC0);
Capillary adsorption absorption height (CSAHy) in which the material represented by -cm released y% of its capacity at 0 cm (ie CSAC0);
-Capillary adsorption capacity (CSACz) at constant height z expressed in units g {liquid} / g {material}, especially at zero height (CSAC0) and 35 cm, 40 cm and other heights ;
-Capillary adsorption and absorption efficiency (CSAEz) at a constant height z expressed in%, which is the ratio of numerical values to CSAC0 and CSACz.
[0428]
If two materials are combined (a first material as used for collection / distribution material and a second material used as liquid storage material), the CSAC value of the second material (and thus each CSAE value) ) Can be measured from the CSDHx value of the first material.
[0429]
<Teabag centrifugal capacity test (TCC test)>
The TCC test has been developed especially for superabsorbent materials, but it can be easily applied to other absorbent materials.
[0430]
The tea bag centrifuge capacity test measures a tea bag centrifuge capacity value, which is a measure of liquid retention in the absorbent material.
[0431]
The absorbent material is placed in a “tea bag”, soaked in a 0.9 wt% sodium chloride solution for 20 minutes, and then centrifuged for 3 minutes. The ratio of the amount of liquid retained to the initial weight of the dry material is the absorbent capacity of the absorbent material.
[0432]
Pour 2 liters of 0.9 wt% sodium chloride in distilled water into a tray having dimensions of 24 cm × 30 cm × 5 cm. The liquid fill height should be about 3 cm.
[0433]
The tea bag pouch has a size of 6.5 cm × 6.5 cm and is available from Teekanne, Dusseldorf, Germany. The pouch can be heat sealed using a standard kitchen plastic bag sealer (eg, VACUPACK2 PLUS from Krups, Germany).
[0434]
The tea bag is opened by partially carefully cutting and then weighed. Approximately 0.200 g sample of absorbent material accurately weighed to +/− 0.005 g is placed in a tea bag. The tea bag is then sealed using a heat sealer. This is called a sample tea bag. Seal the empty tea bag and use it as a blank.
[0435]
The sample tea bag and blank tea bag are then placed on the surface of the saline solution and soaked for about 5 seconds with a spatula to completely wet (the tea bag will float on the surface of the saline solution, Then completely wet). Start the timer immediately.
[0436]
After a 20 minute soak time, the sample tea bag and blank tea bag are removed from the saline solution and Bauknecht WS130, Bosch 772 NZK096 or equivalent centrifuge so that each bag sticks to the outer wall of the centrifuge basket. Place on the machine (230mm diameter). Close the centrifuge lid, start the centrifuge and increase the speed rapidly to 1,400 rpm. When the centrifuge is stable at 1,400 rpm, start the timer. After 3 minutes, stop the centrifuge.
[0437]
Remove sample and blank tea bags and weigh individually.
[0438]
The tea bag centrifuge capacity (TCC) for a sample of absorbent material is calculated as follows:
TCC = [(weight of sample / tea bang after centrifugation) − (weight of blank / tea bang after centrifugation) − (weight of absorbent material when dried)] ÷ (weight of absorbent material when dried)
In addition, a structure such as a “section” cutout or a specific part of the total absorber can also be measured (ie in that case as viewed as part of the structure or the entire product), for which cutting is performed on the longitudinal axis of the product Over the full width of the product at the measured points. In particular, the “crotch region capacity” can be measured by the definition of the “crotch region” as described above. Other cutouts can be used to measure the “basic volume” (ie, the volume contained in a unit area of a specific area of the product). Depending on the size of the unit area (preferably 2 cm × 2 cm), it will be determined how much averaging will take place-of course, the smaller the size, the less averaging will occur.
[0439]
<Final storage capacity>
A number of methods have been proposed to measure or evaluate the final design storage capacity of the absorber.
[0440]
In the context of the present invention, it is assumed that the final storage capacity of the product is the sum of the final absorption capacity of the individual elements or materials. Various well-established methods can be applied to these individual components as long as they are applied consistently throughout the comparison. For example, a well-established tea bag centrifuge capacity test developed for superabsorbent polymers (SAP) can be used for other materials as well as such SAP materials (see above).
[0441]
Once the capacity for an individual material is known, the total product volume can be calculated by multiplying these numbers (ml / g) by the weight of the material used in the product.
[0442]
For materials with dedicated functionality other than final storage of liquids (such as collection layers etc.), do these materials actually have very little capacity compared to dedicated final liquid storage materials? Or such materials are not intended to be loaded with liquids, so the final storage capacity is negligible so that they must be released to other final storage materials.
[0443]
<Density / Caliper / Basis weight measurement>
For example, a test piece of limited area cut with a sample cutter is weighed to an accuracy of at least 0.1%. The caliper is measured for a test area of 50 mm diameter under an applied pressure of 550 pa (0.08 psi). g / m2The basis weight as the weight per unit area represented by: caliper expressed in mm under a pressure of 550 Pa, and g / cmThreeThe density represented by can be easily calculated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 illustrates various implementations of a permeability test setup. FIG. 1 relates to a simple test for measuring cross-plane permeability.
FIG. 2 illustrates various implementations of a permeability test setup. FIG. 2 relates to a simple test of in-plane permeability.
FIG. 3 illustrates various implementations of a permeability test setup. FIG. 3 relates to a general test for measuring cross-plane permeability.
FIG. 4 illustrates various implementations of a permeability test setup. FIG. 4 relates to a general test for measuring in-plane permeability.
FIG. 5 shows a capillary adsorption test stand (capsorption).
FIG. 6 shows a capillary adsorption test stand (capsorption).
FIG. 7 shows a capillary adsorption test stand (capsorption).
FIG. 8 shows a capillary adsorption test stand (capsorption).
FIG. 9 shows a diaper as an example of an absorber.

Claims (35)

0cmにおいてその容量の50%での毛管吸着吸収高さ(Capillary Sorption Absorption Height)(CSAH50)を有し、さらに100%飽和での浸透率k(100)を有し、さらに50%飽和での浸透率k(50)を有する流体分配部材を具備しており、さらに該流体分配部材と液体連絡している第1流体貯蔵部材を具備した吸収体であって、前記第1流体貯蔵部材は0cmにおいてその容量の50%の毛管吸着吸収高さ(Capillary Sorption Absorption Height)(CSAH50)を有しており、前記流体分配部材が、20μm〜60μmの数平均セルサイズ、5μm〜15μmの数平均穴サイズ、0.03 m2/ml〜0.10 m2/mlの毛管吸引比表面積、8 mg/cm3〜77 mg/cm3の乾燥密度を有する開放セル状フォームを具備すること、前記流体分配部材の50%飽和での浸透率k(50)はk(100)の14%以上であること、及び前記第1流体貯蔵部材のCSAH50は前記流体分配部材のCSAH50より高いことを特徴とする吸収体。It has a Capillary Sorption Absorption Height (CSAH50) at 50% of its capacity at 0 cm, and further has a permeability k (100) at 100% saturation and further penetration at 50% saturation. An absorbent body comprising a fluid distribution member having a rate k (50) and further comprising a first fluid storage member in liquid communication with the fluid distribution member, wherein the first fluid storage member is at 0 cm It has a Capillary Sorption Absorption Height (CSAH50) of 50% of its capacity, and the fluid distribution member has a number average cell size of 20 μm to 60 μm, a number average hole size of 5 μm to 15 μm, Comprising an open cellular foam having a capillary suction specific surface area of 0.03 m 2 / ml to 0.10 m 2 / ml, a dry density of 8 mg / cm 3 to 77 mg / cm 3 , 50% saturation of the fluid distribution member The penetration rate k (50) at k is (1 0) that is 14% or more, and CSAH50 of the first fluid storage member absorber being higher than CSAH50 of the fluid distribution member. 第1流体貯蔵部材が15cm以上のCSAH50を有する請求項1に記載の吸収体。  The absorber according to claim 1, wherein the first fluid storage member has a CSAH50 of 15 cm or more. 第1流体貯蔵部材が23cm以上のCSAH50を有する請求項2に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 2, wherein the first fluid storage member has a CSAH50 of 23 cm or more. 第1流体貯蔵部材が27cm以上のCSAH50を有する請求項3に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 3, wherein the first fluid storage member has a CSAH50 of 27 cm or more. 第1流体貯蔵部材が30cm以上のCSAH50を有する請求項4に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 4, wherein the first fluid storage member has a CSAH 50 of 30 cm or more. 第1流体貯蔵部材が47cm以上のCSAH50を有する請求項5に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 5, wherein the first fluid storage member has a CSAH50 of 47 cm or more. 流体分配部材がk(100)の18%以上のk(50)値を有する請求項1に記載の吸収体。  The absorber according to claim 1, wherein the fluid distribution member has a k (50) value of 18% or more of k (100). 流体分配部材がk(100)の25%以上のk(50)値を有する請求項7に記載の吸収体。  The absorber according to claim 7, wherein the fluid distribution member has a k (50) value of 25% or more of k (100). 流体分配部材がk(100)の35%以上のk(50)値を有する請求項8に記載の吸収体。  The absorber according to claim 8, wherein the fluid distribution member has a k (50) value of 35% or more of k (100). 流体分配部材がそのk(100)の3%以上の、30%飽和での浸透率k(30)を有する請求項1に記載の吸収体。  2. Absorbent according to claim 1, wherein the fluid distribution member has a permeability k (30) at 30% saturation of 3% or more of its k (100). 流体分配部材がk(100)の5%以上のk(30)値を有する請求項10に記載の吸収体。  The absorber according to claim 10, wherein the fluid distribution member has a k (30) value of 5% or more of k (100). 流体分配部材が150cm未満のCSDH50値を有する請求項1に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 1, wherein the fluid distribution member has a CSDH50 value of less than 150 cm. 流体分配部材が100cm未満のCSDH50値を有する請求項12に記載の吸収体。  13. Absorbent body according to claim 12, wherein the fluid distribution member has a CSDH50 value of less than 100 cm. 流体分配部材が75cm未満のCSDH50値を有する請求項13に記載の吸収体。  14. Absorbent body according to claim 13, wherein the fluid distribution member has a CSDH50 value of less than 75 cm. 流体分配部材が50cm未満のCSDH50値を有する請求項14に記載の吸収体。  15. Absorbent body according to claim 14, wherein the fluid distribution member has a CSDH50 value of less than 50 cm. 流体分配部材が湿潤すると膨張する請求項1〜15のいずれか1項に記載の吸収体。  The absorber according to any one of claims 1 to 15, which expands when the fluid distribution member is wet. 流体分配部材が液体を放出すると再び崩壊する請求項1〜15のいずれか1項に記載の吸収体。  The absorber according to any one of claims 1 to 15, wherein the fluid distribution member collapses again when the liquid is discharged. さらに、前記第1流体貯蔵部材が相互連絡している開放セルの親水性かつ可撓性ポリマー・フォーム構造を具備することを特徴とする請求項1〜17のいずれか1項に記載の吸収体。  18. Absorber according to any one of the preceding claims, further comprising an open cell hydrophilic and flexible polymer foam structure in which the first fluid storage member is in communication with each other. . さらに、前記第1流体貯蔵部材が湿潤すると膨張することを特徴とする請求項18に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 18, wherein the first fluid storage member expands when wet. 前記第1流体貯蔵部材が液体を放出すると再び崩壊する請求項19に記載の吸収体。  The absorbent body according to claim 19, wherein the first fluid storage member collapses again when the liquid is discharged. 前記親水性かつ柔軟性のポリマー・フォームが、ここで定義された少なくとも15cmの毛管崩壊圧を有する請求項20に記載の吸収体。  21. Absorbent according to claim 20, wherein the hydrophilic and flexible polymer foam has a capillary collapse pressure as defined herein of at least 15 cm. さらに第2液体貯蔵領域を具備しており、それによって両方の液体貯蔵領域が前記流体分配部材と液体連絡している請求項1〜19のいずれか1項に記載の吸収体。  20. The absorbent body according to any one of the preceding claims, further comprising a second liquid storage area, whereby both liquid storage areas are in liquid communication with the fluid distribution member. 前記液体貯蔵領域の少なくとも1つが、その最大容量の50%において少なくとも40cmの毛管吸着吸収高さ(CSAH50)を示す請求項22に記載の吸収体。  23. An absorbent body according to claim 22, wherein at least one of said liquid storage areas exhibits a capillary adsorption absorption height (CSAH50) of at least 40 cm at 50% of its maximum capacity. さらに股領域及び1以上の胴部領域を具備し、それによって前記股領域が前記1以上の胴部領域を合わせたよりも低い最終液体貯蔵容量を有する請求項1〜23のいずれか1項に記載の吸収体。  24. The method of any one of claims 1 to 23, further comprising a crotch region and one or more torso regions, whereby the crotch region has a lower final liquid storage capacity than the combined one or more torso regions. Absorber. 前記股領域が吸収性コアの平均最終流体貯蔵基礎容量の0.9倍未満の最終流体貯蔵基礎容量を有する請求項24に記載の吸収体。  25. The absorbent body of claim 24, wherein the crotch region has a final fluid storage base volume that is less than 0.9 times the average final fluid storage base volume of the absorbent core. 前記股領域が吸収性コアの平均最終流体貯蔵基礎容量の0.5倍未満の最終流体貯蔵基礎容量を有する請求項25に記載の吸収体。  26. The absorbent body of claim 25, wherein the crotch region has a final fluid storage base volume that is less than 0.5 times the average final fluid storage base volume of the absorbent core. 前記股領域が吸収性コアの平均最終流体貯蔵基礎容量の0.3倍未満の最終流体貯蔵基礎容量を有する請求項26に記載の吸収体。  27. The absorbent body of claim 26, wherein the crotch region has a final fluid storage base volume that is less than 0.3 times the average final fluid storage base volume of the absorbent core. 前記股領域が総コア最終流体貯蔵容量の49%未満の区分最終流体貯蔵容量を有する請求項24に記載の吸収体。  25. The absorbent body of claim 24, wherein the crotch region has a segmented final fluid storage capacity that is less than 49% of the total core final fluid storage capacity. 前記股領域が総コア最終流体貯蔵容量の41%未満の区分最終流体貯蔵容量を有する請求項28に記載の吸収体。  30. The absorbent body of claim 28, wherein the crotch region has a segmented final fluid storage capacity that is less than 41% of the total core final fluid storage capacity. 前記股領域が総コア最終流体貯蔵容量の23%未満の区分最終流体貯蔵容量を有する請求項29に記載の吸収体。  30. The absorbent body of claim 29, wherein the crotch region has a segmented final fluid storage capacity of less than 23% of the total core final fluid storage capacity. さらに前記股領域の面積の少なくとも50%が本質的に最終貯蔵容量を含まないことを特徴とする請求項24〜30のいずれか1項に記載の吸収体。  31. Absorbent according to any one of claims 24 to 30, further characterized in that at least 50% of the area of the crotch region is essentially free of final storage capacity. 前記最終貯蔵容量の50%未満が製品の前半分における股ゾーンから前方へ配置され、前記最終貯蔵容量の50%以上が製品の後ろ半分に配置されることを特徴とする請求項24〜31のいずれか1項に記載の吸収体。  32. The method of claim 24, wherein less than 50% of the final storage capacity is located forward from the crotch zone in the front half of the product and more than 50% of the final storage capacity is located in the back half of the product. The absorber of any one of Claims. 前記最終貯蔵容量の33%未満が製品の前半分における股ゾーンから前方へ配置され、前記最終貯蔵容量の67%以上が製品の後ろ半分に配置される請求項32に記載の吸収体。33. The absorbent body of claim 32 , wherein less than 33% of the final storage capacity is located forward from the crotch zone in the front half of the product, and 67% or more of the final storage capacity is located in the back half of the product. それが吸収性コアの総最終貯蔵容量の少なくとも80%を提供する最終液体貯蔵材料を具備することを特徴とする請求項1〜33のいずれか1項に記載の吸収体。  34. Absorbent according to any one of claims 1 to 33, characterized in that it comprises a final liquid storage material that provides at least 80% of the total final storage capacity of the absorbent core. さらに吸収性コアの総最終貯蔵容量の少なくとも90%を提供する最終液体貯蔵材料を具備することを特徴とする請求項31に記載の吸収体。  32. The absorbent body of claim 31 further comprising a final liquid storage material that provides at least 90% of the total final storage capacity of the absorbent core.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9027765B2 (en) 2010-12-17 2015-05-12 Hollingsworth & Vose Company Filter media with fibrillated fibers
US8882876B2 (en) 2012-06-20 2014-11-11 Hollingsworth & Vose Company Fiber webs including synthetic fibers
US9511330B2 (en) 2012-06-20 2016-12-06 Hollingsworth & Vose Company Fibrillated fibers for liquid filtration media
US9352267B2 (en) 2012-06-20 2016-05-31 Hollingsworth & Vose Company Absorbent and/or adsorptive filter media
US10137392B2 (en) 2012-12-14 2018-11-27 Hollingsworth & Vose Company Fiber webs coated with fiber-containing resins
CN104720829A (en) * 2015-03-19 2015-06-24 御基集团有限公司 Method and device for obtaining feedback information of absorbent product

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3575174A (en) 1969-07-11 1971-04-20 Personal Products Co Sanitary napkin
US3952745A (en) 1974-11-19 1976-04-27 The Procter & Gamble Company Disposable diaper having readily flushable absorbent media and improved pad intergrity in use
US4578068A (en) 1983-12-20 1986-03-25 The Procter & Gamble Company Absorbent laminate structure
US4898642A (en) 1986-06-27 1990-02-06 The Procter & Gamble Cellulose Company Twisted, chemically stiffened cellulosic fibers and absorbent structures made therefrom
US4781710A (en) 1987-05-15 1988-11-01 The Procter & Gamble Company Absorbent pad having improved liquid distribution
US4988344A (en) 1988-05-24 1991-01-29 The Procter & Gamble Company Absorbent articles with multiple layer absorbent layers
CA2014203C (en) 1989-05-08 2000-03-21 Margaret Gwyn Latimer Absorbent structure having improved fluid surge management and product incorporating same
US5147345A (en) * 1991-08-12 1992-09-15 The Procter & Gamble Company High efficiency absorbent articles for incontinence management
EP0640330B1 (en) 1993-06-30 2000-05-24 The Procter & Gamble Company Hygienic absorbent articles
US5849000A (en) * 1994-12-29 1998-12-15 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Absorbent structure having improved liquid permeability
US5855572A (en) * 1996-03-22 1999-01-05 The Procter & Gamble Company Absorbent components having a fluid acquisition zone
DE69618763T2 (en) * 1996-05-28 2002-08-22 THE PROCTER &amp; GAMBLE COMPANY, CINCINNATI Liquid distribution materials with improved wicking properties

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